基于提高数字无桥PFC拓扑的高性能电源设计性能分析

图9 测量到的VIN被延迟500us

非线性控制

相比电流环路，电压环路控制的复杂度较低。在数字实现时，输出电压VO通过一个ADC检测，然后同一个电压基准比较。我们可以使用一个简单的比例积分(PI)控制器，来闭合该环路。

其中，U为控制输出，Kp和Ki分别为比例和积分增益。E[n]为DC输出电压误差采样值。

如前所述，使用数字控制的好处之一是它能够实现非线性控制。为提高瞬态响应，可以使用非线性PI控制。图10是非线性PI控制的一个例子。误差越大时(通常出现在瞬态)，所使用的Kp增益也越大。当误差超出设置限制时，这将加速环路响应，并且，恢复时间也被缩短。对于积分器，则又是另外一种情况。众所周知，积分器用于消除稳态误差。然而，它却经常引起饱和问题，并且其90°相位滞后也将影响系统的稳定性。正因如此，我们使用了一个非线性积分增益(图10)。当误差超出一定程度时，积分增益Ki减小，以防止出现饱和、超调和不稳定的问题。

图10 非线性PI控制

数字电压环路控制的另一个优点被称为抗积分器饱和，它一般出现在AC下降时。当出现AC下降且下游负载继续吸取电流时，DC输出电压开始下降，而PFC控制环路却仍然尝试调节其输出。因此，积分器积分，并可能出现饱和，这种情况被称为积分器饱和。一旦AC恢复，饱和的积分器便可能引起DC输出电压超调。为防止出现这种情况，则一旦探测到AC恢复，固件便马上复位积分器，并且DC输出达到其调节点。

数字控制器还可以做更多工作，例如：频率抖动、系统监控和通信等，并且还可以为无桥PFC提供灵活的控制、更高的集成度和更高的性能。在一些高端AC/DC设计中，越来越多的设计正在使用数字控制器。