基于提高數字無橋PFC拓撲的高性能電源設計性能分析

圖9 測量到的VIN被延遲500us

非線性控制

相比電流環路，電壓環路控制的復雜度較低。在數字實現時，輸出電壓VO通過一個ADC檢測，然后同一個電壓基準比較。我們可以使用一個簡單的比例積分(PI)控制器，來閉合該環路。

其中，U為控制輸出，Kp和Ki分別為比例和積分增益。E[n]為DC輸出電壓誤差采樣值。

如前所述，使用數字控制的好處之一是它能夠實現非線性控制。為提高瞬態響應，可以使用非線性PI控制。圖10是非線性PI控制的一個例子。誤差越大時(通常出現在瞬態)，所使用的Kp增益也越大。當誤差超出設置限制時，這將加速環路響應，并且，恢復時間也被縮短。對于積分器，則又是另外一種情況。眾所周知，積分器用于消除穩態誤差。然而，它卻經常引起飽和問題，并且其90°相位滯后也將影響系統的穩定性。正因如此，我們使用了一個非線性積分增益(圖10)。當誤差超出一定程度時，積分增益Ki減小，以防止出現飽和、超調和不穩定的問題。

圖10 非線性PI控制

數字電壓環路控制的另一個優點被稱為抗積分器飽和，它一般出現在AC下降時。當出現AC下降且下游負載繼續吸取電流時，DC輸出電壓開始下降，而PFC控制環路卻仍然嘗試調節其輸出。因此，積分器積分，并可能出現飽和，這種情況被稱為積分器飽和。一旦AC恢復，飽和的積分器便可能引起DC輸出電壓超調。為防止出現這種情況，則一旦探測到AC恢復，固件便馬上復位積分器，并且DC輸出達到其調節點。

數字控制器還可以做更多工作，例如：頻率抖動、系統監控和通信等，并且還可以為無橋PFC提供靈活的控制、更高的集成度和更高的性能。在一些高端AC/DC設計中，越來越多的設計正在使用數字控制器。