稳压器创新型，noc全国中小学信息技术创新与实践大赛
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|概括
本文介绍了一种基于“固定关断时间(FOT)”或“恒定导通时间(COT)”控制方案的创新型自适应电压调节器（AC/DC 或DC/DC）脉宽调制器(PWM)。在所有工作条件下（例如满载CCM 或中低负载DCM 模式、宽输入和输出电压）以恒定开关频率工作，没有转换器寄生参数（例如电源开关或滤波电感器电阻）。不良影响。此外，本文提出的调制电路与转换器拓扑（升压、降压、反激式等）无关，仅与功率开关的栅极驱动逻辑信号（GD）有关，因此节省了数量。和/或降低设计复杂性。
前言
在FOT控制的开关转换器中，控制器固定电源开关关断时间(TOFF)并调制电源开关接通时间(TON)以调节输出电压或输出电流。相反，在COT控制方法中，固定功率开关的导通时间并调节功率开关的关断时间，以调节变换器的输出电压和输出电流。在最简单的FOT 或COT 电路中，开关频率(FSW) 变化很大。这主要涉及输入和输出电压设置以及负载（CCM 或DCM 模式）。具体来说，随着负载的降低，开关频率会增加，从而导致能效降低和意外特性（需要更宽的EMI 滤波器），这在文献中已有详细记录，是一个有据可查的技术缺点。
例如，当使用FOT 方法控制CCM PFC 预升压调节器时，开关频率会根据电网电压和负载条件而发生显着变化[1]。如图1所示，可以根据实时电网电压调制关断时间来降低开关频率（TOFF Kt Vin, pk sin）。只要升压级处于CCM 模式，最终开关频率就保持恒定。 [2]，如图1右侧所示。
图1：电网电压FOT 调制PFC 升压转换器（左），FSW 与电网电压（右）
COT 广泛用于控制基于降压[3-5] 和升压[6] 拓扑的DC/DC 转换器。在降压转换器[3] 中，假设CCM 模式并忽略寄生效应（例如电源开关和滤波电感器电阻），通过根据感测的输入和输出电压调制导通时间来实现恒定开关，可以生成频率。事实上，根据[4]-[5]，实现这一目标还需要感测电源开关电压并根据该电压大幅调整导通时间。 COT 升压转换器[6] 和FOT 升压转换器[7] 使用相同的方法。关于如何最小化开关频率的变化，[2-7]中提出的解决方案基于转换器占空比估计（与CCM模式下的理想开关频率密切相关）和转换器电网电气参数的检测（例如输入和输出电压、电源开关/电感器压降等）。
为了解决上述所有缺点，本文提出的调制器的主要思想是测量电源开关的接通时间（或关断时间）并及时调制关断或接通。根据这些信息，我们计算时间并最终获得恒定的开关频率。
创新调制器： 的工作原理
图2 显示了我们提出的调制器（黑色的FOT 调制器和绿色的COT 调制器）。其中Q表示功率开关管的栅极驱动逻辑信号，END-TOFF（END-TON）是调制器的输出，其上升沿为TOFF（TON）持续时间，IR1和IR2恒流发生器。使用与图[1] 相同的符号表示，VTH_RAMP 和VRAMP 电压可以表示为2fline t 的函数，T()=TON()+ TFW()+TR()=TON() )+ 我可以。 TOFF () 是开关周期。
假设T() Rt2 Ct2 1/fline。 fline为电网电压频率，忽略电容Ct2的开关频率纹波，其平均值紧随电网频率。
以FOT控制电路为例，通过将此电荷平衡应用于开关周期，可以确定Ct2的平均电压VTH_RAMP ()。
求解方程(1) 即可找到VTH_RAMP () 电压。
在功率开关关断期间，CR1电容的充电电流为IR1恒流，CR1电容的电压VRAMP()线性增加。
只要(2)等于(3)，调制器立即结束电源关闭时间(TOFF时间)。
通过求解方程（4）计算1/T() 值：
公式（5）证明最终开关频率是一个恒定值，与输入和输出电压设置、工作条件（CCM 或DCM）以及转换器寄生参数无关。
值得注意的是，本文提出的调制器是适用于所有转换器拓扑的通用调制器，因为它仅基于转换器功率开关的栅极驱动逻辑信号(Q)。
创新调制器：模拟实验验证
PSIM 仿真用于在各种拓扑中测试和验证图2 所示的调制器，包括DC/DC 降压COT、PFC 升压FOT 和DC/DC 反激式FOT 转换器。
由于篇幅限制，我们不会在这里详细讨论成功的测试结果，但我们通过PFC 预升压调节器的实验方法验证了这种创新调制器的性能。
图3 和图4 分别显示了内置LM-FOT 调制器[2] 和采用这种创新调制器[8] 的400W PFC 的实验波形和性能比较。
具体而言，图3 显示开关频率在较宽的输入电压范围（左230Vac，右115Vac）和所有负载条件（左CCM，右DCM）下保持恒定。与标准LM-FOT方案相比，本文提出的创新调制器的性能显着提高，特别是在高压线路DCM工作模式下，如图4所示。
图3：创新调制器的实验波形：230Vac 满载（左）、115Vac 轻载（右）
图4： 230Vac 轻载实验数据比较（DCM 工作模式）
结论和未来研究
本文提出了一种创新的自适应PWM 调制器，该调制器使用FOT/COT 方案实现恒定开关频率，并通过仿真和实验方法验证了这一概念。摘要描述了该调制器设计的工作原理。论文主体部分还研究了非理想因素（如Ct2电容纹波）和调制器小信号模型的重要影响，以及用于仿真验证的进一步细节和实验结果。
参考
[1] C. Adragna，“PFC 预调节器的固定关断时间控制”，第10 届欧洲电力电子与应用会议，EPE 2003，法国图卢兹，论文382。
[2] C. Adragna、S. De Simone、G. Gattavari，“新型固定关断时间PWM 调制器在升压PFC 预调节器中提供恒定频率操作”，电力电子、电力驱动、自动化和电力电子国际研讨会，电气驱动、自动化和运动，SPEEDAM 2008，第656-661 页。
[3] H.C.Lin、B.C Fung、T.Y Chang，“快速瞬态DC-DC 转换器的电流模式自适应导通时间控制方案”，国际电路与系统研讨会，ISCS 2008，第2602-2605 页。
[4] 施L.F. 和L.Y.
[5] W. C. Chen、H. C. Chen、M. W. Chien、Y. W. Chou、K. H. Chen、Y. H. Lin、T. Y Tsai、S. R Lin、C. C. Lee，“使用预测校正的导通时间控制降压转换器的伪恒定开关频率”技术”，《IEEE 电力电子学报》，第31 卷，第5 期，第3650 3662 页，2016 年5 月。
[6] X. Xu、X. Wu 和X. Yan，“准固定频率恒定导通时间控制升压转换器”，国际电路与系统研讨会，ISCS 2008，第2206-2209 页。
[7] M.C. Lee，233-236。
[8] “使用L6563 的400 W FOT 控制PFC 预调节器”，意法半导体应用指南，AN2485。