圖騰柱TCM的工作過程分析

Word圖騰柱TCM的工作過程分析

圖1兩相TCM圖騰柱拓撲圖

上圖1為一個典型的兩單元TCM控制的圖騰（PFC）拓撲結(jié)構(gòu)圖。Qsr1和Qsr2為工頻整流的開關(guān)管，也可以為（二極管），他們構(gòu)成的橋臂，之間的連接點連在輸入（電源）的一端，橋臂兩端連接母線（電容）。Q1～Q4為4個開關(guān)管，Q1，Q2為一個橋臂，它們之間的連接點連接到一個濾波電感L1，Q3，Q4為另一個橋臂，它們之間的連接點連接到另一個濾波電感L2，同時兩個濾波電感的另一端都連接到輸入電源。兩個開關(guān)管的橋臂的兩端連在母線電容的兩端。其中兩個橋臂開關(guān)管，上下互補，左右互差180度，這樣就構(gòu)成了交錯并聯(lián)的兩個圖騰柱模塊。

圖2單個圖騰柱單元的工作波形圖

為簡化分析過程，以交流輸入的正半周為例分析，此時的工頻整流管Qsr1一直處于關(guān)斷狀態(tài)，而Qsr2一直處于開通狀態(tài)。其中，由高頻功率管Q1、Q2和電感L1構(gòu)成的單個圖騰柱的（電流）波形如圖2所示。

在單個開關(guān)周期內(nèi)，大致分五個工作狀態(tài)：

t0～t1

t0～t1之間：在死區(qū)時間內(nèi)，主功率Q2和同步整流管Q1都沒有開通。但主功率管Q2體二極管導通，它與電感L1和工頻整流管Qsr2構(gòu)成電流回路，對電感L1放電，L1釋放能量。此時電感L1的負向電流幅度逐漸減少。

t1～t2

t1～t2之間：主功率管Q2導通，電流從主功率管Q2的體二極管轉(zhuǎn)移到主功率管，此時的電流回路由主功率管Q2、電感L1和工頻整流管Qsr2構(gòu)成。由于主功率管Q2的開通時的電壓只有二極管的管壓降，因此是一個零電壓的開通過程（ZVS）。電感L1的負向電流幅度逐漸減少到零，并轉(zhuǎn)為正向電流，且正向電流逐漸變大。此過程電感L1先釋放少量負向電流所存儲的能量，然后通過正向電流增大逐漸充電來儲存能量。

t2～t3

t2～t3之間：在死區(qū)時間內(nèi)，主功率管Q2和同步整流管Q1都沒有開通，但同步整流管Q1的體二極管續(xù)流導通，它與電感輸出電容Cpfc、工頻整流管Qsr2和電感L1構(gòu)成回路。此時電感L1放電，L1的正向電流逐漸減少，給輸出電容Cpfc充電。

t3～t4

t3～t4之間：主功率管Q2關(guān)斷，同步整流管Q1開通。此時的電流回路由同步整流管Q1、輸出電容Cpfc、工頻整流管Qsr2和電感L1構(gòu)成。此時電感L1的正向電流逐漸減少到零，并將儲存的能量釋放出來，給輸出電容Cpfc充電。

t4～t5

t4～t5之間：功率管Q1和Q2的驅(qū)動與上一過程一致。此時的電流回路仍然由同步整流管Q1、輸出電容Cpfc、工頻整流管Qsr2和電感L1構(gòu)成。但由于同步整流管Q1繼續(xù)導通，使得電感電流的方向由正向轉(zhuǎn)變?yōu)樨撓?，且負向電流幅度逐漸變大。此時電感L1是負向電流的方式充電，儲存能量，并為下一個周期主功率管Q2的ZVS做準備。

同樣的工作方式的兩個相位相差180度的圖騰柱模塊交錯并聯(lián)的波形如圖3所示。為了達到較小的交錯電流值，兩個圖騰柱單元的電流波形的相位差應該相差半個周期。也就是功率管Q4的驅(qū)動波形比Q2超前或滯后半個開關(guān)周期，同時功率管Q3的驅(qū)動波形比Q1超前或滯后半個開關(guān)周期，從而得到電感L2的電流波形超前或之后L1的電流波形，這樣可以得到比較理