增强电源设计中PFC段性能的两种简单调整方法

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启动时的大过冲

PFC段从输入线路正弦波电压源吸收正弦电流，因此，它们为负载提供仅匹配平均需求的方波正弦功率。输出电容(大电容)“吸收”实际提供的功率与负载消耗的功率之差值。

● 馈送给负载的功率低于需求时，输出电容放电，补偿功率差额。

● 提供的功率超过负载功耗时，输出电容充电，存储多余的能量。

因此，输出电压呈现出输入线路频率2倍的低频交流含量。不利的是，PFC电流整形(current-shaping)方法均基于控制信号无纹波的假设。否则，就不能够优化功率因数，因为输入线路电流重新复制了控制信号失真。这就是众所周知的PFC电路动态性能差的原因。它们的稳压环路带宽设得极低，从而抑制100Hz或120Hz纹波，否则输出电压就会注入这纹波。

由于系统极慢，PFC段遭受陡峭的负载或输入电压变化时，会在大电容上呈现出大的过冲(over-shoot)或欠冲(under-shoot)。启动序列就是这些瞬态中的一种，能够产生大的电压过应力(over-stress)。

图8 输出电压纹波
图9展示能在启动相位期间观察到的那类过冲。这波特图是使用由NCP1607驱动、负载是下行转换器的PFC段获得的。

图9 启动相位期间的过冲

承受启动过冲

应用软启动是减小过冲的一种自然选择。然而，设计人员所选择的控制器并不必须具有这个功能特性。此外，从定义来看，这种功能减缓了启动速度，而这并非总是可以接受。

另外一种简单的选择涉及在反馈感测电阻分压器处增加一个电容，如图10所示。在这个图中，我们假定感测网络中上部的电阻分割为两个电阻，而电容Cfb并联连接在其中一个电阻的两端。

图10 小幅调整反馈网络
如果控制电路中嵌入了传统的误差放大器，让我们分析电容Cfb的影响。在稳态，Cfb改变了传递函数。通过检测，我们立即注意到它增加了：

处于下述频率的一个零点：

(2)

处于下述频率的一个极点：

(3)
控制器集成了传导误差放大器(OTA)时，情况就有点不同。这是因为反馈引脚(误差放大器的反相输入)不再是虚接地(virtual ground)。因此，电阻分压器中下部位置的电阻(RFbL)影响了极点频率的表达式。实际上，采用OTA时：

(4)

然而，PFC输出电压的稳压电平通常处于390V范围，而控制器参考电压处在少数几伏的范围。因此，与(RfbU1+RfbU2)相比，RfbL极小；如果RfbU1与RfbU2处在相同范围，或如果RfbU1小于RfbU2，我们就可以考虑：RfbL=RfbU2。事实上，设计人员基于这些考虑因素，能够得出近似Cfb产生的极点频率，即：

(5)

最后，两种配置中都获得相同的极点。

这些条件(RfbU1≈RfbU2)或(RfbU1≤RfbU2)并非限制性条件。相反，满足这些条件是明智之举，因为RfbU1两端的电压及相应的Cfb两端的电压取决于RfbU1值与(RfbU1+RfbU2+RfbL)总电阻值的相对比较关系。这就是为什么它们是现实可行的原因。

如果RfbU1与RfbU2这两个电阻拥有类似阻值，

(6)

如果RfbL=RfbU2：

(7)

最后，如果与RfbU2相比RfbU1极小，我们就获得在控制至输出传递函数中抵消(cancel)的极点和零点。这样，增加Cfb就对环路和交越频率没有影响。如果RfbU1与RfbU2处在相同范围，低频增益就略微增加，交越频率就以跟fp与fz的相同比率增加。事实上，特别是在RfbL=RfbU2时，这个增加的电容并不会大幅改变PFC段的动态性能。

然而，在启动相位期间，这个电容发挥重要作用。当输出电压上升时，Cfb电容也充电。Cfb充电电流增加到反馈电流中，所以稳压电平临时降低。这增加的电流与Cfb电容值成正比，并取决于输出电压的陡峭度，因此，在输出电压快速充电时，这个影响更引人注目。

实际验证

在应用中已经测试了调整方法，反馈网络如下所示：

RfbU1≈RfbU2=470kΩ

RfbL=6.2kΩ

电阻RfbU1两端放置了一个100nF电容。它必须是一种高压电容，因为若我们假定输出电压最大值为450V，它两端的电压可能达到223V。作为一项经验法则(rule of the thumb)，我们选择了100nF电容值，这样，在观测到过冲时，时间常数（RfbU1Cfb）就处在启动时间的范围之内。

图11比较没有时的启动序列(左图)与有Cfb时的启动相位(右图)。这些波特图清楚显示电容的影响。Cfb充电电流人为地增加了输出电压(即图中的Vbulk)充电期间的反馈电流，导致预期的控制信号(Vcontrol)放电。因此就没有观测到输出电压过冲。我们可进一步指明，启动时间未受明显影响。

图11 有Cfb(左图)及没有Cfb(右图)时的启动特性

图12显示了没有Cfb时(左图)及有Cfb时(右图)PFC段对突兀的负载改变(120W阶跃)的响应。我们的案例中(RfbU1=RfbU2)，Cfb产生并不会相互抵消的额外极点及额外零点，且轻微改变环路特性。然而，最重要的是，采用Cfb还是改善了响应，因为较大的输出偏差(Output deviation)使这些负载阶跃类似于启动瞬态。因此，Cfb在这里同样帮助控制电路出现预料中的所期望的电平恢复。

12 没有Cfb时(左图)及有Cfb时(右图)PFC段对负载阶跃变化的响应

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