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
- 隔離式信號鏈簡介
- 選擇樹
- 電流檢測
- 電壓感測
- EMI 性能
- 終端設備
- 其他參考設計/電路
穩態分析：基波電流和過零電流
在此分析中，電網電流是在開關節點（B 點）中進行控制的，受控電流的典型曲線如圖 79 所示。圖 79 表明，三個電流和三個電壓同相，從而實現從直流到交流電網的有功功率轉換（向電網輸送 11kW）。圖 80 中的放大部分顯示，開關節點中的電流由 50Hz 的基波分量以及由二級轉換器開關引起的重要電流紋波振幅組成。
圖 79 標稱負載為 11kW 時交流/直流轉換器的電網電壓和電流圖 80 是圖 79 的放大圖，顯示了整流器電流以及具有 50Hz 基波諧波的平均電流。
圖 80 t = 0s 時的放大部分（跨度 100μs）交流和直流之間的電源轉換通過電網頻率控制的電流來實現。因此，需要測量電流（例如 I_L1_B_AVG）的基波諧波，并確保其振幅正確且沒有重要相位延遲，然后傳輸給 MCU。50Hz 或 60Hz 分量可以通過采樣技術（例如同步采樣、平均控制等）獲得。通過采用這些技術，數字控制環路中不會引入重要的相位延遲，從而使環路響應更快12。然而，電流傳感器具有帶寬限制，因此并非理想的選擇。電流傳感器可能導致 MCU 端子上出現重要的相位延遲和振幅誤差。此誤差可能會影響到交換的有功功率和無功功率，并可以使用方程式 47 表示。
其中
- φ 是測量電流與實際電流之間的相位延遲
- fe 是測量信號的電氣頻率，對于該應用，該頻率等于 50Hz 或 60Hz
- τ 是測量鏈呈現低通濾波器行為的常量時間
通過使用方程式 47，當截止頻率高于電網電氣頻率 100 倍（當電網頻率為 60Hz 時為 6kHz）時，可以實現小于 0.6° 的相位角延遲。這種相移會導致 50Hz 或 60Hz 的有功和無功受控功率出現可忽略的誤差。用于進行電源轉換的組件具有 6kHz 帶寬，這對于控制電網電流來說已經綽綽有余。
通常，50Hz 或 60Hz 并不是唯一要控制的頻率成分，電網電流中還存在由功率級中死區時間引入的更高頻率分量，從而導致 THD 顯著增加。必須通過測量來捕獲高頻分量，以便 MCU 可以對這些分量進行校正，從而使用軟件消除。增加死區時間會導致更高的失真，特別是在電流過零（即 11ms）處，如圖 81 所示。該圖顯示了 A 點處的電流波形，該波形對應于工作功率為 11kW 的交流/直流轉換器在控制器的死區時間發生變化時所消耗的電流情況。上面的圖展示了具有 250ns 死區時間的電流波形，下面的圖展示了具有 1.5μs 死區時間的電流波形。
圖 81 當死區時間為 250ns 和 1.5μs 時從 PCC 消耗的電流（50Hz 工作頻率）過長的死區時間可能會導致顯著的 THD 而超過標準設定的限制。為了符合相關標準，要么需要使用大型輸出濾波器，要么必須提供足夠的軟件控制。為了補償這種干擾，人們開發了多種控制技術；然而，所有這些選項都需要足夠的電流傳感器帶寬。為了確定最低帶寬要求，這里對電流波形進行了快速傅里葉變換 (FFT) 來分析干擾的頻率成分。
圖 82 所示為電網需要全功率時 PCC 中電流的 FFT 結果。
圖 82 圖 2-6 中所示電流的 FFT 以及放大部分 (50Hz)圖 82 中需要補償的最重要頻率是第 5、13 和 17 次諧波，分別對應著電網工作頻率為 50Hz 時的 250Hz、650Hz 和 850Hz。相應地，當電網工作頻率為 60Hz 時，這些頻率分別為 300Hz、780Hz 和 1020Hz。通過將新頻率代入方程式 47 可以得到，需要提供 102kHz 的電流檢測級最小帶寬，以確保對諧波進行適當補償。
總之，從穩態分析來看，在 60Hz 電網中，當 PFC 級存在重要的死區時間時，需要 102kHz 的最小帶寬來改善電流的總諧波失真。當電網工作頻率為 50Hz 時，最小帶寬可以縮小至 95kHz。無論是在 A 點還是 B 點，都需要電流傳感器帶寬，具體取決于電流受控位置，因為死區時間產生的諧波含量在這兩個測量點中是相同的。這是因為 EMI 濾波器（見圖 76）針對更高的頻率成分進行了優化；因此，在低頻下無法實現重要的緩解作用。