前言：前不久思考并提出基于COT控制的TCM PFC能简化传统PFC控制中的所需要的电网电压电流采样，电流内环等等，并提出了交错的TCM控制仿真模式可见：《以COT控制方法简化两相交错TCM PFC控制》。其中使用开关电流的来做ZCD的判断是参考了HW的样机的思路，用了四个CT。
今天我就在想，参考ETH最初关于TCM的论文中的方法，直接使用电阻来采样电网输入电流，这样只需要监测这个电阻上的电压来实现电感电流ZCD和正负向的电流峰值的采样，就可以省略了CT，并简化了控制电路。麻烦的地方就是如果直接采样网侧电阻上的电压，这个参考点选择就非常麻烦。要么使用隔离的模拟采样或者是把模拟控制地直接放在电网侧。下图是参考文献1中的ZCD电路，它只比较电阻上电压的正负方向抓到电感电流的ZCD点，并通过隔离数字通信传递到DSP控制侧，其电路可见：
这种只监测ZCD的方法也可以实现TCM的控制，不同于使用CT抓正负向电流峰值点的方式来确定是否满足ZVS的负向电流。监测ZCD信号，它不直接判断电流负向峰值，而是根据电网输入电压，直流输出电压，电感量，开关的coss电容量通过计算或者拟合出所达到ZVS条件所需要的TOFF延长时间。通过电感上电压的电感量和持续的时间即可计算到电感电流的值，所以使用监测ZCD的方法虽然不直接抓取负向电流峰值，但是只要控制好TOFF的延长时间一样也能实现ZVS。
但是直接监测ZCD来做控制的关键就是COSS电容的非线性变化问题，在参考文献2中，ETH的学者们提出一些分析和建模的方法。但是在实际的工程化中，还是可以通过实际测试所需的负向电流然后叠加一点余量进去。通俗的说就是虽然这个点能满足ZVS，但是为了可靠性，工程上就通常会多注入更多的负向电流，保证在全范围内都能ZVS开关，虽然牺牲了部分效率，并非最优工作，但是还是可以让人更加心安吧。
下图是实际测试的一个基于TCM控制的PFC电流波形，从波形中可以看到有关于负向电流峰值的设置。它在整个正弦周期内仅做了小范围的变化，而且为了保证ZVS，这个反向电流的值也不是很小。这种实现的出发点可能是更多的为了工程化的考虑，如果实时的计算每个周期周期的所需的负向电流，一方面的计算量大，另一方面也不能完全规避因为电感量的器件偏差的影响，索性不如直接把反向电流峰值增大，牺牲部分效率保证全范围ZVS工作。
抓到电感电流ZCD之后的PWM配置：在上文中我们使用了比较器抓到电感的过零点，通过数字隔离器后将ZCD信号传输到控制DSP，以AC电网的正向方向来看。当ZCD的方波的下降沿被DSP抓到时，标志着电感电流已经从续流管转为从直流电容流入到电网的方向，当然在实际上比较器上会使用滞回和滤波的措施，这会导致ZCD信号滞后与电感电流过零点，这个滞后时间也需要考虑进去，会影响负向峰值电流的设置。回来再说DSP通过TZ或CMPSS来抓到下降沿后，可以配置为DCAEVY1.SYNC事件来重置PWM计数器，这是用来实现变频控制的关键。 重置PWM计数器后，并不是直接把高端PWM的TOFF关闭，而是继续维持续流管开通。那么上面时候关闭续流开关呢？是通过我们之前通过计算或拟合的曲线，事先得知的为了实现ZVS所需的负向电流而延长开通的时间长度。在下图的我画出了TI C2000的DSP中的EPWM配置示意图，我把PWM计数器从ZRO开始到CPA点之间的时间是给到TOFF所需的延长时间，因此我仅需调整CPA的数字即可调整高端开关的的延长开通时间，从而确定所需的负向电流的峰值，简单的说CPA越大负向电流越大。当计数器高于所设置的CPA后，续流开关关闭，进入为了实现ZVS所设置的死区时间，然后主开关继续开通，电感电流上升，死区时间后高端开关开通进入续流，再抓ZCD重置PWM计数器。 这种控制的关键是仅依靠ZCD就实现了TCM控制，但是它的问题是不能对开关进行实时的峰值电流限制，过流保护不能做。而且负向电流的峰值是依靠计算得到的，控制器是不能直接采样来确认是否真的达到了负向峰值或者说控制器是不能真的知道，达到了能ZVS工作的关键条件。从某种意义来说，是一种类开环的控制。为了保证各种工况下的ZVS可靠性，我认为仅依靠ZCD的控制方式并不是很可靠性，最好能抓到负向电流峰值或者直接抓到半桥中点电压，来观测到系统确认能达到了ZVS开关的条件。
相位同步：基于主从控制的思路，通过捕获ZCD的长度和Tdelay的长度即可得知开关周期的长度，然后在主路PWM计数器一半的地方输出PWM同步到辅路PWM计数器，来实现两相TCM的开环主从控制。。 如果为了TCM控制的鲁棒性，正如上面提到的除了增加续流管的理论计算的Tdelay外，还需要监测到负向电流峰值或VDS电压，确认系统达到了ZVS工作的必须条件。因此我认为还需要把电感电流的峰值和谷值电流也应该抓到，可以通过高带宽的模拟隔离器件，来实时监测电感电流峰值和谷值，在配合Tdelay的理论计算。在两者条件都具备时，确保系统的ZVS工作。 使用两个采样电阻感测电感电流，然后采样电阻上的电压峰值和谷底值来判断是否达到ZVS工作，比之前使用开关电流的方式简化了控制。
正如仿真中所看到的，在使用比较器抓到电感电流的峰值后，是可以实现控制的。如果把基于ZCD和电感电流的峰值的思路结合起来，则可以重新配置为： PWM部分还是基于ZCD的思路，在续流开关关闭时，引入电感电流峰值的判断条件。比如，延长300ns，把CPA设置30，同时还把模拟比较器监测到的电感电流负向峰值也作为关闭续流开关的条件。达到软件设置延长300ns后，模拟比较器确认监测到电感电流负向峰值达到-3A，然后关闭续流开关，经过死区时间后开启主开关的控制方法。通过两者配合，则可以大幅度的提升基于ZCD控制的可靠性和稳定性。
小结：基于ZCD的两相TCM交错的控制实现方法。本人能力有限，如有错误肯定帮忙指正，谢谢观看，感谢支持。
1 Interleaved Triangular Current Mode (TCM) resonant transition, single phase PFC rectifier with high efficiency and high power density C. Marxgut, J. Biela and J.W. Kolar Power Electronic Systems Laboratory, ETH Zurich Physikstrasse 3, 8092 Zurich, Switzerland Email: marxgut@lem.ee.ethz.ch, www.pes.ee.ethz.ch2 Ultraflat Interleaved Triangular Current Mode (TCM) Single-Phase PFC Rectifier Christoph Marxgut, Student Member, IEEE, Florian Krismer, Member, IEEE, Dominik Bortis, Student Member, IEEE, and Johann W. Kolar, Fellow, IEEE 我是杨帅，目前从事逆变器储能行业，专注在双向AC/DC变换器领域，对双向DC/DC的研究较多。数年来一直从事电力电子仿真技术研究与应用推广，致力于实现让天下没有难搞的电源而努力。
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