数字控制提高了无桥接 PFC 性能

VIN 延迟 500us。

非线性控制

相比电流环路，电压环路控制复杂度更低。数字实施时，输出电压 VO 通过一个 ADC 检测，然后同电压基准比较。我们可以使用一个简单的比例积分 (PI) 控制器来关闭该环路。

方程式 (4)

其中，U 为控制输出，Kp 和 Ki 分别为比例项和积分调节增益。E[n] 为 DC 输出电压误差采样。

如前所述，使用数字控制的诸多好处之一是它能够实现非线性控制。我们使用非线性 PI 控制的目的便是提高瞬态响应。图 10显示了非线性 PI 控制的一个实例。误差更大时（通过出现在瞬态下），使用更大的 Kp。误差超出设置限制时这样会加速环路响应，同时恢复时间缩短。使用积分器时，又是另外一种情况。众所周知，积分器用于消除稳态误差。但是，它通常会引起饱和问题，并且其 90 度相位滞后也会影响系统稳定性。正因如此，我们使用了一个非线性积分调节增益[5]（图 10）。误差超出一定程度时，积分调节增益Ki减小，以防止出现饱和、过冲和不稳定性等问题。

图 10 非线性PI控制

数字电压环路控制的另一个优点被称为积分抗饱和。它一般出现在 AC 压降状态下。当 AC 压降出现，并且下游负载继续吸取电流时，DC 输出电压开始下降，但是 PFC 控制环路仍然尝试调节其输出。因此，积分器积聚，并可能出现饱和，这种情况被称为积分器饱和。一旦AC恢复，饱和积分器便可能会引起 DC 输出电压过冲。若想防止出现这种情况，则一旦探测到 AC 恢复，固件就重设积分器，同时 DC 输出达到其调节点。

数字控制器还可以做得更多，例如：频率抖动、系统监控、通信等，并且可以为无桥接 PFC提供灵活的控制、更高的集成度以及更高的性能。在一些高端的 AC/DC 设计中，现在越来越多的设计正在使用数字控制器。

参考文献

1. 2010 年 7 月《电源电子技术》文章《真正的无桥接 PFC 转换器实现了超过 98% 的效率 0.999 的功率因数》，作者：Slobodan Cuk。
2. 2007 年《IEEE》文章《无桥接 PFC 升压整流器性能评估》，作者：Laszlo Huber、Yungtaek Jang、Milan M. Jovanovi?。
3. 1999 年 1 月第 1 卷第 8 节《国际电信能源大会 (INTELEC) 草案》的《更低传导及整流换向损耗的高功率因数整流器》，作者:A.F. Souza 和 I. Barbi。
4. 2004 年《电源电子（欧洲）》第 7 期33-35 页《第二代 PFC 解决方案》，作者：T. Ern? 和 M. Frisch。
5. 2002 年 4 月《ISA 会刊》vol.41, no.2 p. 177-89，《线性到非线性控制方法：一种实用的改进》，作者：Zhiqiang Gao。

作者：Bosheng Sun、System Engineer 以及 Zhong Ye，德州仪器 (TI) 系统工程经理

Bosheng Sun现任 TI 系统工程师，主要负责系统和固件设计、TI Fusion 数字电源产品的开发与测试。Bosheng 毕业于克里夫兰州立大学 (Cleveland State University)，获电子工程硕士学位。

Zhong Ye现任 TI 高性能隔离产品系统工程经理。Zhong 毕业于福州大学 (Fuzhou University)，获电子工程硕士学位，后又毕业于美国托莱多大学 (Toledo University)，获电源电子博士学位。