有源钳位反激(ACF)变换器控制方案(2)

上期讲解的是TI的UCC28780中的ACF控制策略，这次是ONsem的NCP1568中的ACF控制策略。同样是一款ACF控制器，内部控制策略与UCC28780有很多相似之处，比如，峰值电流模控制，变频控制等。不同的是，该控制策略根据负载的不同，将系统的工作状态分为：主功率管和钳位管同时工作的ACF模式，只有主功率管工作的DCM模式，主功率管ON-OFF工作的Skip模式，具体的描如下。

1）ACF模式：当处于中载或重载时，工作在ACF模式。此模式下，采用峰值电流模控制主功率管的导通时间。在不同输入和负载工况下，根据预先设定的负电流值，确定开关频率的初值。在每个周期检测ZVS的实现状态，然后通过调节开关频率的大小回调负电流值，实现主功率的ZVS。在该模式下，开关频率随着负载的降低而增加。

图1 ZVS调节过程

在ACF模式中，开关频率的最小值通过外部的电阻调节，可参考图2。

图2 开关频率随外部电阻的变化曲线

此外，为了确保每个周期有足够的时间能驱动高侧脉冲，设定钳位管的最小导通时间为400ns。芯片内部针对主功率管也设定了最大的工作占空比，此占空比随着频率的增加而减小。

图3 主功率管最大占空比随频率的变化曲线

在DCM转换到ACF过程中，采用前沿调制的控制方式，将储存在钳位电容的能量缓慢释放到输出侧，从而实现高侧管的软启动开启。在此过程中，桥臂中点电压和副边侧电流会在一个周期内出现多个振荡波峰，如图4所示。从ACF模式到DCM模式的转变同样采用类似的方式，如图5所示。

图4 DCM到ACF模式切换中高侧管软开启过程

图5 ACF到DCM模式切换中高侧管软关断过程

2）DCM模式：当负载降低时，变化器将从ACF转变为DCM模式。在DCM模式下，为了保证较高的效率，只有主功率管正常导通，钳位管处于关闭状态。DCM的工作频率由ACF模式的最大频率，FB反馈电压有关。在ACF模式和DCM转换该过程中，有频率折返的变化方式可供选择。DCM的工作频率也与所选择的方式有关，见下表。

随着负载的降低，DCM模式的工作频率随着降低（和ACF模式不同）。为了避免可闻噪声的出现，DCM的最小工作频率设定在25kHz。此时，反馈电压信号Vfb为400mv。Skip模式和DCM模式之间的频率调节采用滞环控制逻辑。

3）Skip模式：当负载继续降低，开关频率低于25kHz，变换器将进入Skip模式（类似于ON-OFF模式）。为了避免噪音，Skip电路通过ON-OFF周期限制在800hz，从而防止Skip模式期间的突发频率进入可听范围。

图6 Skip过程

根据上述的工作模式，该控制策略下的ACF的工作频率随负载的变化曲线如图7所示。

图7 频率变化曲线

和UCC28780中控制策略一直将变换器工作于ACF模式不同，此控制策略只有在负载较重时工作于ACF变换器状态。两者的几点比较如下：

（1） NCP1568使ACF工作与DCM反激模式，消除了钳位管的导通损耗；

（2）虽然都无法保证逐周期的ZVS，但UCC28780死区控制过程要比NCP1568更加详细，死区损耗要更小一些；

（3）两者的频率变化范围都比较宽，但NCP1568要比UCC28780更宽，不利于变压器的设计；

（4）两者都采用带有斜坡补偿的峰值电流模控制ACF模式下的工作，不同的是NCP1568中采用II型误差补偿器，而UCC28780中采用III型误差补偿器；

（5）NCP1568中DCM和ACF模式切换过程中，副边电流会出现双波情况及电流突变，桥臂中点电压会出现大幅度振荡，这对EMC的设计不太友好。