在控制系統中,如果想要控制某物,就需要進行感測;這也適用於功率因數校正 (PFC) 應用。在功率位準 >75W 的離線電源供應器中,PFC 會控制輸入電流,以建立正弦波形 (也就是依照正弦輸入 AC 電壓)。為了控制輸入電流,必須感測該輸入電流。
最常見的電流感測法是將分流電阻器置於 PFC 接地迴路 (在 圖 1 中指定爲 R) 以感測輸入電流。感應到的輸入電流訊號 (ISENSE) 隨後會傳送到平均電流模式控制器 [1] (如 圖 2 中所示)。因爲電流參考 (IREF) 由輸入電壓 (VIN) 調變,所以是正弦波形。控制迴路迫使輸入電流跟隨 IREF,進而實現正弦波形。
幾乎所有連續傳導模式 (CCM) PFC 控制器都使用傳統的平均電流模式控制。雖然傳統平均電流模式控制可實現良好的功率因數,並具有低總諧波失真,但也有一些限制,特別是在圖騰柱免橋接 PFC 方面。本文介紹全新的控制演算法:充電模式控制 [2]。
充電模式控制演算法是一個新的控制概念:控制物件時,不需要感測物件,只需感測其結果,即可然間接控制物件。就 PFC 而言,此控制演算法不會直接控制輸入電流,而是控制在每個切換週期中傳遞給 PFC 輸出的電荷數量,並採用特殊控制定律,讓輸入電流透過控制電荷成為正弦波形。
有幾種方法可以獲得充電資訊。圖 3 展示使用電流分流與運算放大器 (op amp) 電路的範例,且運算放大器設定為積分器。關閉 PFC 升壓開關時,電感器電流開始為 PFC 大型電容器充電。分流電阻器會感測此電流,並透過積分器整合。積分器輸出的峰值表示在每個切換週期中傳送至 PFC 輸出的總電荷。此電荷 (VCHARGE) 由控制器以控制迴路回饋訊號形式進行取採樣。升壓開關在關閉前,積分器會透過 Q1 放電至零。
圖 4 展示另一種在 PFC 輸出端採用電流變壓器 (CT) 的方法。CT 輸出連接至電容器 C1。關閉 PFC 升壓開關時,電感器電流開始為 PFC 大型電容器充電。CT 會感測此電流及其輸出,爲 C1 充電。C1 上的電壓升高;其峰值電壓代表傳遞到 PFC 輸出的總電荷。控制器會將峰值電壓 VCHARGE 取樣為控制迴路回饋訊號。升壓開關在關閉前,C1 將透過至 Q1 放電至 0V。
圖 5 展示充電模式控制的典型訊號波形。