非线性载波技术

1、一、introduction上图为传统的boost拓扑在平均电流模式控制下PFC的电路结构图。在DCM模式下由于提高了电流的应力，会产生更高的噪声和谐波失真，所以多用于低功率系统。采集信号中的电感电流可以被开关电流代替。成本和电路的复杂程度是限制高因数以及高功率发展的主要原因。本文讲述NLC与高端结构对比，与DCM模式对比。二、NLC系统的实现假设每个开关周期开始时 t=0IL=IS+ID,VgILVOID假定Vgt是常数状态RSIS=RSTS0TSISd=RSTS0dTSISd=RSReVgVO-VgVO（4）RS是电流采样电阻，d是开关的开启时间在一个开关周期占的比例，如果d在每个开关周期

2、满足式4，就能实现PFC。Vr=VmVMVgVO-VgVOVm用来调整仿真电阻Re=RSVM/Vm，VM=const，因此Vr随着Vg变化。根据4式采用的控制策略的优点：取代电感电流采集，除掉电流整形环路中的误差放大器。同时适用于CCM、DCM模式。但是产生Vrt仍然需要VIN和VOUT以及乘法器。1. boost CCM模式下 charge NLCVg=VO1-d（6）RSIS=RSTS0dTSISd=RSVORed1-d（7）关键是用抛物线载波VCt来求出dVCt=VmtTS1-tTS ，0tTS（8）VCt+TS=VCtVCt就是非线性载波，用t/TS代替d，便能得到8式取Re=RsVO

3、VmVm是由输出电压取得的反馈电压，构成电压环路。Charge NLC控制使用开关电流检测，不使用电流校正环路的放大器，不需要输入电压采集，不需要电压反馈环路的乘法器。2. charge NLC载波波形产生器实现NLC控制的关键部分在于产生周期性的载波VCt，这里我们把Vm在每个开关周期看成一个常数。首先，产生一个线性的斜坡信号V1t=2VmtTS。用可控电流源为电容充电，用时钟信号为电容放电，输出信号是V1t，然后将V1t上的直流信号移走，得到V2t=V1t-Vm=Vm2tTS-1VCt使用V2t实现的VCt=-1TS0tV2d=VmtTS1-tTSA和B都需要在每个开关周期开始前通过时间信

4、号复位，以保证正确的零点位置。A还可以提供一部分的时钟信号发生器。3. 峰值电流非线性载波控制器利用峰值电流信号采集比开关电流信号更好一些，载波波形是可以修改的。Peak-current NLC是由boost拓扑中峰值电流与平均电流关系引出的IS,peak=Ig+Vg2Lfsd取fs=1Ts是开关频率，结合上文，消掉IgVg得IS,peak=VORe1-d+VO2Lfsd1-d（13）进一步计算得VCt=Vm+VktTS1-tTS ，0tTS（14）VCt+TS=VCt取Re=RsVOVm，Vk=VORs2Lfs根据13式，系统在开关周期开始时开关闭合，当与开关电流成比例的RsIs达到VCt时

5、开关断开。这个过程与传统的CCM模式非常相近，除了用周期的非线性载波代替了缓慢变化的电流参考，可以认为peak-current NLC是在CCM模式下带有一个非线性的谐波补偿。peak-current NLC载波生成器搭建与charge NLC一样，也同样具有其优点。额外的优点是其内在的瞬时电流保护。由于开关电流是被整合的，所以NLC具备抗干扰能力。三、DCM模式下电流失真NLC控制方法的引出是假设在boost变化器工作在CCM模式下。在DCM模式下6式是不成立的，致使输入电流不跟随输入电压变化。这篇文章在讲述在NLC控制boost整流器工作在ccm模式下的条件和在DCM模式下引起的电流畸变，

6、结果也适用于峰值电流NLC。 输入电压Vgt 输入峰值电压Vg，peak，mg=VgtVo，Mg=Vg，peakVo DCM模式下电感电流在开关周期开始时的电流为Is=0，有Ist=VgLt（0tdTs）由7式确定d，结合上式得Is=Vg2Lfsd2=VoRed1-d18d=11+ReR1Kmg,R=VOIO，K=2LfsR（在DCM中使用的）通过公式K<ReR1-mg=Mg221-mg21ReR=Mg22是通过Vg，rms2Re=Vo2R得到的从21式总结出工作CCM模式下KMg22，工作在DCM模式下K<Mg221-Mg，对于在边界值变换的负载来说，变换器从DCM变换到CCM再

7、变换到DCM，在半个周期。在任何工作模式下都有Ig=IL=IS1-mg结合上面的公式就得到Ig，DCM=VgReReR1K11-mg11+ReR1Kmg2（Ig=VgRe）25结合25式的表达式和21式确定的边界条件，参考Mg，Re和K参数值实现输入电流波形，由K值和一些Mg存在关系，可以观察THD，帮助选择L和fs ,最恶劣的THD情况在最大输入电压Mg和最小的负载电流时产生，只有当负载值在CCM和DCM模式边界减小的很低时才能影响THD。四、低频模型功率源VgIg的能量传递给电阻Re，Re的值由Vm决定，即使没有电压反馈环，输出电压Vo也与电阻Re成比例，7图可以用来预测输出端低频交流纹波

8、，然后选择电容C。I=Vg，rms2Vo2Re=Vg，rms2Vo2VmRs=VoRVo3=VmRRsVg，rms2go=2RVoVg，rmsgm=1RsVg，rms2Vo2ro=R2五、实验验证240W的NLC的boost整流器OP1负责生成非线性载波所需的-Vm，OP2和OP3生成非线性载波，C4把V2信号中的直流分量移除，OP3的输出Vc是我们期望得到的抛物线形状的载波，链接到COMP的反相端，得到的载波波形为Vct=VmTs22R5R6C3C5tTs1-tTs，0tTs当2R5R6C3C5=Ts2时，功率因数为1.C6被T1感应到的电感电流充电实现Vq=RsIsRs=1nC6fs六、结论在NLC控制模式下，开关导通时间比例是由通过非线性载波传递的主开关电流信号进行对比生成的。由于载波的波形使恒定的所以输入电流与输入电压成正比。在Charge NLC模式下，载波结合开关电流的积分信号控制开关管开关比率。在peak NLC模式下，与开关电流信号非线性载波。本文同样讲述了在CCM模式下得到完美的单项功率因数整流器，同样讲