双向交错CCM图腾柱无桥单相PFC学习仿真与实现（4）一些优化总结

 前言

上一次说到单相的PFC硬件功能已经实现，THD=3.15%满足了国标要求的范围，还是有优化的空间，目前系统设计的是6.6Kw，220V交流输出，400-800V直流输出。目前基本功能完成，但是还有很多细节需要优化，不只是THD，启动，空载运行等参数，还有不同电压下电流环路的参数都需要优化。下面进行一个简单的总结。

电流环参数优化

从电流环的传递函数就可以看出来，在设计电流环补偿器的时候，输出的电压会有很大的影响，只用一组控制参数是很难满足宽电压范围的需求的。

 Vo=600V的带宽

  Vo=800V的带宽

 Vo=400V的带宽

 

 同样的补偿器和参数，输出电压越高，系统的带宽越大，控制效果表现出来就是高电压的时候系统稳定性差，低电压带宽不够。带宽不够THD也会变差。解决办法就是在稳态的时候根据输入电压动态调整补偿器的参数，保证每个电压范围带宽一致。

电压环参数优化

电压环带宽一般5-10Hz左右，电压环这个问题搞了挺久，下面来分析一下。

 其他没什么好说的，电压环的带宽比较低，变化在个位数。而且负载的大小对电压环的带宽影响也会很大。实际调试中遇到一个问题：空载和满载的电压环控制效果不一样，导致空载启动容易失控。空载电压波动大，加一点负载就好了！

同样的电压环补偿器参数，满载的带宽是6Hz

 空载的时候电压环不到1hz，启动稳定后很容易失控。

最后解决的办法也是动态调整电压环参数

如下黄色给定电压，蓝色反馈电压，空载运行一会儿后加负载能稳定控制

软启动优化

软启动没什么好说的，就是为了抑制过零点的尖峰电流，下面这个图出场率很高

 

 参考TI的时序，判断过零点的时候开环增大占空比后再转到闭环控制就行了。这个时序给慢管Q1在过零点之前提前关了。

 不过实测下来提前关和过零时刻关效果没什么区别，保证开环的占空比从小到大就行了。实际测试下来200us的开环时间就差不多了。仿真效果如下，如果时间太长，THD是会受影响的，太小也不好，根据实际硬件情况调整即可。

AC电压电流相位不一致优化

仿真如下，电感电流超前于电网电压相位，相位不一致也会影响到系统的THD。原因是：控制环路中输入导纳在低频处是存在90°超前，正是这个原因导致了CCM的电感电流超前。参考文献里有推导的结果，这里直接讲解决方法。

 

 一种解决方法是加一阶低通滤波，让电流环指令滞后，别一种就是文献里面说的去掉Y(1)项，具体参考文献就知道了。实际中通过添加一阶低通滤波器效果也很好，仿真如下：添加完低通滤波后，电流环指令滞后，这样电流相位就能更接近电压相位，除低THD。

参考文献：GENERALIZED  AVERAGE-CURRENT-MODE  CONTROL OF SINGLE -PHASE  AC-DC BOOST  CONVERTERS WITH POWER  FACTOR  CORRECTION

总结

 经过各种手段的优化，最后额定负责下THD从3.15%降到了2.5%。出于成本的考虑，最后没有用均流控制，而是用的总电流，如果采用均流控制应该THD会更好。