基於Microchip dsPIC33CK256MP506 高性能DSP開發的4KW圖騰柱PFC數字電源方案

隨著效率要求的逐步提高，無橋PFC得到越來越多的應用。而無橋PFC中，圖騰柱PFC由於可以消除二極體的損耗而成為效率最高的PFC線路, 矽管做圖騰柱PFC，只能做CrM或者DCM，CCM下反向恢復損耗太大，效率沒有優勢。所以我們是用目前最新的GaN功率開關器件來做，設計的是CCM totem Pole PFC，PWM開關頻率是66KHz，輔助電源供電12VDC，輸入電壓85 Vac to 270 Vac, 47Hz to 63Hz ，PFC輸出電壓387Vdc+/- 5 Vdc。

此電路中的器件少，特別是單電感，適合高功率密度、高效率的設計。在交流輸入電壓的正負半周內，由於工頻管D1/D2一直導通，所以不論D1/D2為快恢復二極體還是慢恢復二極體，此拓撲都天然的解決了EMC問題。工頻管D1/D2可以進行同步整流，從而也進一步提高了圖騰柱無橋PFC的效率。

以前受到器件的限制，由於主開關管的體二極體的反向恢復特性較差，所以圖騰柱無橋PFC只能工作在DCM，只適合中小功率的設計。要使圖騰柱PFC能夠工作在CCM模式，則需要用反向恢復特性極好的MOSFET，比如GaN FET、SiC FET，或者需要對圖騰柱電路進行變形才可實現。實現PFC，需要採樣整流後的電壓信號，AC饅頭波；  L>N的時候，可以正常採樣；N>L的時候，N線電壓將被鉗位到輸出電壓。

我們主控制器MICROCHIP DSP dsPIC33CK256MP506採樣AC電壓不是采整流後的電壓信號，而是直接採樣EMI那部分的L和N線的電壓信號，為了實現高PF值，有時需要對Xcap進行一定的算法上的補償。

此PFC電路可進行交錯並聯。交錯並聯可以有效的降低PFC變換器的功率密度，同時交錯並聯對效率的影響不大，其優點如下：

1. 能夠減小輸入電流的紋波，從而減小前端EMI部分中差模電感的體積。
2. 能夠減小輸出電流的紋波，減小母線電容的容量和延長母線電容的壽命。
3. 能夠減小PFC電感的體積，降低了開關器件的平均電流應力。
4. 通過一定的相位管理，能夠提高輕載時PFC電路的效率。

PFC的控制方式一般採用的是電流內環，電壓外環的雙環控制方式。電壓外環被用來調整輸出電壓，電流內環被用來控制輸入電流。我們主控制器MICROCHIP DSP dsPIC33CK256MP506內部集成的數字電源專用零極點補償算法函數，對PFC的電壓電流環進行補償運算，省去外圍很多補償器件。

• 在PFC電壓環控制中，軟體主要關注的就是Gcv(s)--電壓環的補償函數。電壓環帶寬設計在10Hz左右，避免對PFC輸入電流的調製作用。
• 在PFC電流環控制中，軟體主要關注的就是Giv(s)--電流環的補償函數，電流環帶寬設計在1/10~1/20開關頻率處，電流環帶寬高，THD指標好。

PFC電路顯著提高了電源模塊的THD,PF等指標，改善了電網供電質量，是中大功率電源必不可少的關鍵電路。隨著行業發展，高效高功率小體積是趨勢，PFC電路扮演著越來越重要的角色。