ZHCY211 December 2024 AMC0106M05 , AMC0106M25 , AMC0136 , AMC0311D , AMC0311S , AMC0386 , AMC0386-Q1 , AMC1100 , AMC1106M05 , AMC1200 , AMC1200-Q1 , AMC1202 , AMC1203 , AMC1204 , AMC1211-Q1 , AMC1300 , AMC1300B-Q1 , AMC1301 , AMC1301-Q1 , AMC1302-Q1 , AMC1303M2510 , AMC1304L25 , AMC1304M25 , AMC1305M25 , AMC1305M25-Q1 , AMC1306M05 , AMC1306M25 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC131M03 , AMC1336 , AMC1336-Q1 , AMC1350 , AMC1350-Q1 , AMC23C12 , AMC3301 , AMC3330 , AMC3330-Q1
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- 引言
- 隔离式信号链简介
- 选择树
- 电流检测
- 电压感测
- EMI 性能
- 终端设备
- 其他参考设计/电路
稳态分析：基波电流和过零电流
在此分析中，电网电流是在开关节点（B 点）中进行控制的，受控电流的典型曲线如图 79 所示。图 79 表明，三个电流和三个电压同相，从而实现从直流到交流电网的有功功率转换（向电网输送 11kW）。图 80 中的放大部分显示，开关节点中的电流由 50Hz 的基波分量以及由二级转换器开关引起的重要电流纹波振幅组成。
图 79 标称负载为 11kW 时交流/直流转换器的电网电压和电流图 80 是图 79 的放大图，显示了整流器电流以及具有 50Hz 基波谐波的平均电流。
图 80 t = 0s 时的放大部分（跨度 100μs）交流和直流之间的电源转换通过电网频率控制的电流来实现。因此，需要测量电流（例如 I_L1_B_AVG）的基波谐波，并确保其振幅正确且没有重要相位延迟，然后传输给 MCU。50Hz 或 60Hz 分量可以通过采样技术（例如同步采样、平均控制等）获得。通过采用这些技术，数字控制环路中不会引入重要的相位延迟，从而使环路响应更快12。然而，电流传感器具有带宽限制，因此并非理想的选择。电流传感器可能导致 MCU 端子上出现重要的相位延迟和振幅误差。此误差可能会影响到交换的有功功率和无功功率，并可以使用方程式 47 表示。
其中
- φ 是测量电流与实际电流之间的相位延迟
- fe 是测量信号的电气频率，对于该应用，该频率等于 50Hz 或 60Hz
- τ 是测量链呈现低通滤波器行为的常量时间
通过使用方程式 47，当截止频率高于电网电气频率 100 倍（当电网频率为 60Hz 时为 6kHz）时，可以实现小于 0.6° 的相位角延迟。这种相移会导致 50Hz 或 60Hz 的有功和无功受控功率出现可忽略的误差。用于进行电源转换的组件具有 6kHz 带宽，这对于控制电网电流来说已经绰绰有余。
通常，50Hz 或 60Hz 并不是唯一要控制的频率成分，电网电流中还存在由功率级中死区时间引入的更高频率分量，从而导致 THD 显著增加。必须通过测量来捕获高频分量，以便 MCU 可以对这些分量进行校正，从而使用软件消除。增加死区时间会导致更高的失真，特别是在电流过零（即 11ms）处，如图 81 所示。该图显示了 A 点处的电流波形，该波形对应于工作功率为 11kW 的交流/直流转换器在控制器的死区时间发生变化时所消耗的电流情况。上面的图展示了具有 250ns 死区时间的电流波形，下面的图展示了具有 1.5μs 死区时间的电流波形。
图 81 当死区时间为 250ns 和 1.5μs 时从 PCC 消耗的电流（50Hz 工作频率）过长的死区时间可能会导致显著的 THD 而超过标准设定的限制。为了符合相关标准，要么需要使用大型输出滤波器，要么必须提供足够的软件控制。为了补偿这种干扰，人们开发了多种控制技术；然而，所有这些选项都需要足够的电流传感器带宽。为了确定最低带宽要求，这里对电流波形进行了快速傅里叶变换 (FFT) 来分析干扰的频率成分。
图 82 所示为电网需要全功率时 PCC 中电流的 FFT 结果。
图 82 图 2-6 中所示电流的 FFT 以及放大部分 (50Hz)图 82 中需要补偿的最重要频率是第 5、13 和 17 次谐波，分别对应着电网工作频率为 50Hz 时的 250Hz、650Hz 和 850Hz。相应地，当电网工作频率为 60Hz 时，这些频率分别为 300Hz、780Hz 和 1020Hz。通过将新频率代入方程式 47 可以得到，需要提供 102kHz 的电流检测级最小带宽，以确保对谐波进行适当补偿。
总之，从稳态分析来看，在 60Hz 电网中，当 PFC 级存在重要的死区时间时，需要 102kHz 的最小带宽来改善电流的总谐波失真。当电网工作频率为 50Hz 时，最小带宽可以缩小至 95kHz。无论是在 A 点还是 B 点，都需要电流传感器带宽，具体取决于电流受控位置，因为死区时间产生的谐波含量在这两个测量点中是相同的。这是因为 EMI 滤波器（见图 76）针对更高的频率成分进行了优化；因此，在低频下无法实现重要的缓解作用。