图腾柱TCM的工作过程分析_天天要闻

2023-03-22 12:23:38 来源:头条号艾伊电源

图1 两相TCM图腾柱拓扑图


(资料图片仅供参考)

上图1为一个典型的两单元TCM控制的图腾PFC拓扑结构图。Qsr1和Qsr2为工频整流的开关管,也可以为二极管,他们构成的桥臂,之间的连接点连在输入电源的一端,桥臂两端连接母线电容。Q1~Q4为4个开关管,Q1,Q2为一个桥臂,它们之间的连接点连接到一个滤波电感L1,Q3,Q4为另一个桥臂,它们之间的连接点连接到另一个滤波电感L2,同时两个滤波电感的另一端都连接到输入电源。两个开关管的桥臂的两端连在母线电容的两端。其中两个桥臂开关管,上下互补,左右互差180度,这样就构成了交错并联的两个图腾柱模块。

图2 单个图腾柱单元的工作波形图

为简化分析过程,以交流输入的正半周为例分析,此时的工频整流管Qsr1一直处于关断状态,而Qsr2一直处于开通状态。其中,由高频功率管Q1、Q2和电感L1构成的单个图腾柱的电流波形如图2所示。

在单个开关周期内,大致分五个工作状态:

t0~t1

t0~t1之间:在死区时间内,主功率Q2和同步整流管Q1都没有开通。但主功率管Q2体二极管导通,它与电感L1和工频整流管Qsr2构成电流回路,对电感L1放电,L1释放能量。此时电感L1的负向电流幅度逐渐减少。

t1~t2

t1~t2之间:主功率管Q2导通,电流从主功率管Q2的体二极管转移到主功率管,此时的电流回路由主功率管Q2、电感L1和工频整流管Qsr2构成。由于主功率管Q2的开通时的电压只有二极管的管压降,因此是一个零电压的开通过程(ZVS)。电感L1的负向电流幅度逐渐减少到零,并转为正向电流,且正向电流逐渐变大。此过程电感L1先释放少量负向电流所存储的能量,然后通过正向电流增大逐渐充电来储存能量。

t2~t3

t2~t3之间:在死区时间内,主功率管Q2和同步整流管Q1都没有开通,但同步整流管Q1的体二极管续流导通,它与电感输出电容Cpfc、工频整流管Qsr2和电感L1构成回路。此时电感L1放电,L1的正向电流逐渐减少,给输出电容Cpfc充电。

t3~t4

t3~t4之间:主功率管Q2关断,同步整流管Q1开通。此时的电流回路由同步整流管Q1、输出电容Cpfc、工频整流管Qsr2和电感L1构成。此时电感L1的正向电流逐渐减少到零,并将储存的能量释放出来,给输出电容Cpfc充电。

t4~t5

t4~t5之间:功率管Q1和Q2的驱动与上一过程一致。此时的电流回路仍然由同步整流管Q1、输出电容Cpfc、工频整流管Qsr2和电感L1构成。但由于同步整流管Q1继续导通,使得电感电流的方向由正向转变为负向,且负向电流幅度逐渐变大。此时电感L1是负向电流的方式充电,储存能量,并为下一个周期主功率管Q2的ZVS做准备。

同样的工作方式的两个相位相差180度的图腾柱模块交错并联的波形如图3所示。为了达到较小的交错电流值,两个图腾柱单元的电流波形的相位差应该相差半个周期。也就是功率管Q4的驱动波形比Q2超前或滞后半个开关周期,同时功率管Q3的驱动波形比Q1超前或滞后半个开关周期,从而得到电感L2的电流波形超前或之后L1的电流波形,这样可以得到比较理想的电流交错波形,也就是比较小的总纹波电流Itotal。

图3两路交错TCM控制的波形图

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