交错TCM图腾柱无桥PFC仿真

TCM图腾柱即临界模式图腾柱，也叫CRM图腾柱或BCM图腾柱。

与交错CRM BOOST PFC一样，本仿真同样使用电压模式恒导通时间控制，其仿真可分为功率电路、COT与环路控制、过零检测与起振信号、变频交错控制，详见：

交错CRM BOOST PFC仿真（一）

交错CRM BOOST PFC仿真（二）——变频错相实现方法

因为无桥PFC有交流正负半周，所以需要增加额外电路针对负半周处理，这也是无桥PFC仿真的难点。

1.正负半周判断

无桥PFC中，正半周与负半周的驱动和ZCD逻辑是不一样的，所以需要加入正负半周判断，正半周POS为高，负半周NEG为高。也可用带直流位置的差分电路。

2.正负半周的ZCD检测

ZCD检测可以用互感器采电流，也可以用L6562一样使用升压电感辅助绕组，但他们同样需要增加负半周的逻辑处理。

参考论文《Research on Totem—Pole Bridgeless PFC Converter》采用两绕组做正负半周的电感电流过零检测。

电感与辅助绕组如下图：

以ZCD1、ZCD2为例：正半周内，电感储能时，电压左负右正，同名端ZCD1为高，即ZCD1>ZCD2，对应PZCD为高，所以正半周时只要检测PZCD的上升沿，开Q4驱动。

同理，负半周时只要检测NZCD的下降沿即可。

所以还需要增加正负半周信号筛选，为避免触发器RS=1，这里使用延时非门+与门截取方波上升沿。主相与从相相同。

波形如下：

3.正负半周的驱动逻辑

正半周：电感储能充电时，电流由L→L1→Q3→D2→N，续流时，电流由L→L1→Q1→Rload→D2→N，由此可知Q1、Q3驱动互补，将Q作充电，QN作续流即可。

负半周逻辑刚好相反，Q为续流，QN充电。

所以图腾柱需要加入驱动交换电路，从之前建模UC3854的多路选择器得到了灵感，用比较器输出选择开关通断，并在驱动模块中加入死区时间即实现了交换功能：

该电路使得单相图腾柱能够正负半周正常运行，加上之前在CRM BOOST验证的各功能模块，可以移植到交错图腾柱仿真了，但实际上交错图腾柱并不能正常运行，电流波形与输出长这样：

跑出这种波形很难下一步分析，于是先用同相驱动跑稳定再错相：

得到波形：

展开波形可见电流进入了CCM：

这是开续流管驱动导致，简单起见，直接将续流阶段改为走MOS体二极管，这样就可实现交错TCM图腾柱仿真了。

跑完以后最好测一下效率，可能工频二极管的设置错误导致反向恢复损耗巨大，因为关断电流为负，需要将工频二极管设为一阶模型。

其他电路图如下，原理已在前面几期详细介绍过了，这里不再赘述，具体内容请移步文章开头的链接。

交错电感电流：

临界模式图腾柱仿真步骤总结：

1）单相CRM BOOST PFC验证COT与环路控制、过零检测与起振信号；

2）单相CRM图腾柱验证正负半周判断、正负半周ZCD检测、正负半周驱动交换；

3）两相交错CRM BOOST验证开环交错与闭环交错功能；

4）各模块功能验证后可移植到交错图腾柱PFC。

该仿真从零开始，各种查论文学原理，每一个模块都是一次次仿真验证建立起来的，多个灵感加创新，从今年1月到4月共历时3个多月才完成，中途各种卡壳过程非常艰辛，这也是搞过的最难的仿真。

变频交错仿真确实难以实现，我做的时候也没有任何公开资料，也是机缘巧合搞数字环路仿真时从中找到了抓取保持的灵感才得以突破。现在将方法分享出来，以后大家就不要再从零开始搞交错临界图腾柱了。

目前也已成功将其移植到PSIM中，后续分享。

 

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