引言#

功率因数校正（PFC）变换器的主要作用是让输入电流跟随输入电压的变化，使负载对电源的表现类似于一个电阻。在主动PFC中，最常见的拓扑结构是非隔离升压变换器。对于高功率应用，两个升压单元可以连接到同一个桥式整流器，并且相位相差180°，这种方式被称为“二相交错PFC”。通过控制两个相位的电感电流，使其相差180°，可以有效减少输入和输出电流的波动，从而使用更小的电磁干扰（EMI）滤波器，减少材料成本。然而，由于两组组件之间的差异，这两个升压电路的电感电流不可避免地会有所不同，尤其是在进入连续导通模式（CCM）时，电流的不平衡会导致其中一相的热应力增加，甚至可能引发过电流保护。因此，为了保证交错PFC设计的稳定性，必须引入电流平衡机制。

本文将讨论三种不同的数字控制方法，用于平衡交错升压PFC中的电感电流。

方法一：逐周期占空比调整#

在这种方法中，通过分流器感知总电流，采用平均电流模式控制（Average Current Mode Control）来使输入电流跟踪输入电压。脉宽调制（PWM）控制器生成两个信号，这两个信号占空比相同，但相位相差180°，分别驱动两个升压阶段。每个相位的MOSFET上方安装电流变压器（CT）来感知开关电流，CT输出的信号会被采样并进行比较。然后，将误差信号乘以增益K，并用此乘积来调整第二阶段的占空比。

这种方法的关键在于正确地采样CT电流。由于CT输出的是锯齿波，必须在同一个时间点对两相电流进行采样，才能进行公平的比较。一个常见的方法是在开关的导通时间中点进行采样。通过正确的采样，逐周期调整能够有效地平衡电流。然而，由于这种方法每个周期都进行占空比调整，可能会在交流输入电流中引入高频噪声。

方法二：半个AC周期占空比调整#

为了减少高频噪声，可以选择在每个AC周期的半个周期内调整一次占空比，而不是在每个开关周期内进行调整。此方法可以采用每半个AC周期内的电感峰值电流进行电流平衡。每个开关周期内仍然会对I_CT1和I_CT2进行采样，然后固件计算出每个半周期内的电感峰值电流。比较两相的电流峰值，使用误差信号来调整占空比。

这种方法有效避免了高频噪声的问题，但由于在CCM和DCM（断续导通模式）下，占空比与输入电流之间的传递函数不同，因此可能会导致变换器动态的突变。此外，两个电路因组件差异，可能在不同的半AC周期内进入CCM，因此两相的失真程度不同。尽管如此，这种方法可以在一定程度上实现电流平衡，特别是在每个半周期内强制电感电流的峰值相等。

方法三：双电流控制回路#

在前两种方法中，使用的是单一电流控制回路，整个系统共用一个电流参考，并通过该回路调整两个相位的占空比。第三种方法则使用两个独立的电流控制回路，每个回路分别控制一个相位。由于两个回路共享相同的电流参考，电流能够自动平衡，从而不需要占空比的调整。

对于模拟控制器，增加一个控制回路意味着需要增加一个补偿网络和反馈引脚，这会增加成本和设计复杂度。然而，在数字控制器中，电流控制回路是通过固件实现的，增加第二个回路只需要增加额外的代码。这种方法的优势是，增加的代码不会影响CPU的执行效率，并且可以使用较低功耗的CPU，从而降低成本。

以德州仪器的UCD3138数字控制器为例，它是一款完全可编程的数字控制器，支持硬件实现的控制回路，控制速度可高达2 MHz。通过该控制器，用户可以使用两个独立的电流控制回路，无需额外的硬件或高速度CPU。这种方案不仅能提升效率，还能减少设计复杂度。

结论#

本文讨论了三种不同的数字控制方法，用于平衡交错升压PFC中的电感电流。逐周期占空比调整方法能够非常有效地平衡电流，但会引入高频噪声。半AC周期占空比调整方法避免了高频噪声，但可能导致电流失真。相比之下，使用双电流控制回路的方法能自动平衡电流，且不需要调整占空比。数字控制器能够通过增加代码实现双回路控制，避免了硬件和高速度CPU的需求，提供了最优的性能和成本效益。