在去A化的背景下，朋友推薦給了一個國產(chǎn)的數(shù)字電源控制IC—華大半導體圖騰柱PFC控制器HSA8000-N。它是數(shù)字模擬混合IC，使用了開源的RISC-V內(nèi)核，無需擔心美國制裁。片上有豐富的高性能模擬和數(shù)字外設，如ADC采樣，由事件驅(qū)動的PWM，電網(wǎng)鎖相環(huán)，高速模擬比較器等等。所以可以大幅度降低整個方案的外部零部件數(shù)量和系統(tǒng)成本，可見圖一所示：

（圖一 HSA8000-N無橋圖騰柱PFC方案）

它易于使用，無需用戶編程。原廠已經(jīng)寫入了固件，用戶只需通過GUI對某些控制參數(shù)進行修改，來滿足項目的性能要求。由于使用數(shù)字內(nèi)核，所以有較好的靈活性。它使用CCM和CRM兩種控制方式用來分別優(yōu)化重載和輕負載的效率，使得由這個芯片控制的PFC可以滿足80Plus鈦金的效率標準。可以說是高性能服務器電源，通信電源，大功率家電的前級PFC部分的非常優(yōu)秀的解決方案。特別是對于有需求做高效率無橋圖騰柱PFC，但是沒有DSP控制能力的朋友來說可以算是一個福音了。畢竟HSA8000這個方案簡單，成本低，還算是非常香的了。

而且不同于常規(guī)的CCM PFC使用平均電流模式控制，它使用了滯環(huán)電流控制方法。使用這種控制方法可以在一個正弦周期內(nèi)來實現(xiàn)CCM和CRM兩種工況的自然過渡，尤其是在CRM模式工作時。控制器設置滯環(huán)電流控制器的低端比較值為零，同時再檢測高頻開關(guān)節(jié)點的電壓，進行綜合邏輯判斷后能實現(xiàn)TCM模式，實現(xiàn)更高的效率。示意圖可見圖二所示。有關(guān)圖騰柱PFC的具體控制，將在后面的文章展開，這里只是功能性的介紹。

（圖二 正弦周期內(nèi)的CRM和CCM工況）

 滯環(huán)控制也稱為bang-bang控制或紋波調(diào)節(jié)器控制，屬于PWM跟蹤技術(shù)，它具有實時控制、響應速度快、魯棒性強等特點，分別是：

• 它響應時間最快（無需計算精確的平均電流）
• ADC的精度要求低 （此架構(gòu)中電流內(nèi)環(huán)無需采樣轉(zhuǎn)換參與控制）
• 外接電感的精度要求低 （因為是基于紋波電流控制，電感偏移20%問題也不大）
• 環(huán)路濾波算法簡單 （無需計算精確的電感平均電流）
• EMI性能更好（滯環(huán)直接電流控制的自然變頻）
• PWM分辨率要求低 （無需計算精確的電感平均電流）
• 過流保護能力強 （Cycle by cycle比較器limits）
• 更適用于AC/DC設計（片上有AC硬件鎖相環(huán)鎖定電網(wǎng)頻率和相位）

拓撲的電感電流可以是連續(xù)模式運行，也可以是斷續(xù)模式運行。不同于峰值電流模式，使用滯環(huán)控制時即使電感電流連續(xù)占空比大于50%也無需斜坡補償也能穩(wěn)定工作。圖三是滯環(huán)控制的實現(xiàn)原理，當電感電流的峰值高于控制設定值后關(guān)閉開關(guān)管，同時電感電流下降，當電感電流下降到低于控制設定值后再開啟開關(guān)管。

（圖三 滯環(huán)電流控制的實現(xiàn)原理）

其中（CTRL_H – CTRL_L）就是電感電流的紋波，如果通過電壓外環(huán)改變電感電流控制值的大小，就可以控制流入電感的電流幅度，實現(xiàn)電流內(nèi)環(huán)的控制。圖四展示了電感電流受滯環(huán)控制值的實時限制：

（圖四 滯環(huán)控制值實時限制了電感電流）

從控制的效果來看，由于滯環(huán)控制每個周期都控制了流入電感的電流，因此在控制模型的角度來看，也應該同于其它電流模式的分析方法。也可以把電感看成可控電流源，從而簡化系統(tǒng)的控制模型，降低為一階系統(tǒng)，更易于控制和穩(wěn)定。圖五是通過在滯環(huán)控制值上注入擾動，測試的頻率響應。從幅頻特性圖來看，滯環(huán)電流控制的功率級電流內(nèi)環(huán)呈一階模型，易于控制和穩(wěn)定，與峰值電流模式相似。

（圖五 滯環(huán)控制的頻率響應分析）

但是它的控制方法可以歸為非線性控制范圍，沒有傳統(tǒng)PWM的載波和調(diào)制的概念。在定頻PWM工作時，電感電流的紋波只和電感量和負載電流有關(guān)系。但是滯環(huán)控制還會因為電感電流紋波的大小反應到開關(guān)頻率的變化范圍上。因此為了簡化磁件設計，縮窄頻率變化范圍，建議還是使用較小的電感電流紋波值。為了實現(xiàn)滯環(huán)控制，還需要準確的監(jiān)測電感電流的峰值和谷值，如果是使用ADC來做模數(shù)轉(zhuǎn)換就很難實現(xiàn)這種控制方法。因此滯環(huán)控制的實現(xiàn)必須是基于高速模擬比較器才行，能準確的判斷出電感電流的峰值和谷底點。華大半導體的HSA8000圖騰柱控制器就集成有高速模擬比較器，可見圖六所示。用來判斷電感電流的峰值和谷值點，產(chǎn)生兩個狀態(tài)標志位，PWM控制器內(nèi)部有狀態(tài)機用來實現(xiàn)滯環(huán)控制方法。

（圖六 內(nèi)置有兩個模擬比較器）

在上文中我們已經(jīng)知道滯環(huán)控制的實現(xiàn)方法，可以在仿真軟件中用SR觸發(fā)來實現(xiàn)這個邏輯，可見圖七所示。當電感電流大于峰值設置后，SR觸發(fā)器拉低Q輸出，當電流低于谷底設置后SR觸發(fā)再拉高Q的輸出。如果是互補的PWM就可以使用Q非，其邏輯的實現(xiàn)不在累述。

（圖七 滯環(huán)控制的仿真實現(xiàn)）

實現(xiàn)的邏輯可見圖八：

（圖八 滯環(huán)控制的仿真波形）

因此可以搭建一個同步BUCK供測試和分析滯后電流控制模式的性能，其模型可見圖九：

（圖九 由滯環(huán)電流模式控制的BUCK變換器）

首先進行動態(tài)響應測試，測試負載從10% ~ 90%的變化，輸出電壓的過沖和下沖的值僅為0.8V，約為輸出電壓的6.6%。說明滯環(huán)電流模式的調(diào)節(jié)速度和穩(wěn)定性都非常不錯，可見圖十。

（圖十 滯環(huán)電流控制的動態(tài)響應測試）

小結(jié)：

簡單的介紹了滯環(huán)電流控制和HSA8000控制器的基本概念，控制方法的仿真實現(xiàn)和動態(tài)性能測試。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)滯環(huán)電流控制的響應速度和穩(wěn)定性都非常不錯，是一種優(yōu)秀的控制方法。后面將會介紹由滯環(huán)電流控制的PFC實現(xiàn)，感謝觀看謝謝。