在去 A 化的背景下，朋友推薦給了一個國產的數字電源控制 IC—華大半導體圖騰柱 PFC 控制器 HSA8000-N。它是數字模擬混合 IC，使用了開源的 RISC-V 內核，無需擔心美國制裁。片上有豐富的高性能模擬和數字外設，如 ADC 采樣，由事件驅動的 PWM，電網鎖相環，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量和系統成本，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。原廠已經寫入了固件，用戶只需通過 GUI 對某些控制參數進行修改，來滿足項目的性能要求。由于使用數字內核，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。

而且不同于常規的 CCM PFC 使用平均電流模式控制，它使用了滯環電流控制方法。使用這種控制方法可以在一個正弦周期內來實現 CCM 和 CRM 兩種工況的自然過渡，尤其是在 CRM 模式工作時。控制器設置滯環電流控制器的低端比較值為零，同時再檢測高頻開關節點的電壓，進行綜合邏輯判斷后能實現 TCM 模式，實現更高的效率。示意圖可見圖二所示。有關圖騰柱 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 正弦周期內的 CRM 和 CCM 工況）

滯環控制也稱為 bang-bang 控制或紋波調節器控制，屬于 PWM 跟蹤技術，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 （此架構中電流內環無需采樣轉換參與控制）

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 硬件鎖相環鎖定電網頻率和相位）

拓撲的電感電流可以是連續模式運行，也可以是斷續模式運行。不同于峰值電流模式，使用滯環控制時即使電感電流連續占空比大于 50%也無需斜坡補償也能穩定工作。圖三是滯環控制的實現原理，當電感電流的峰值高于控制設定值后關閉開關管，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管。

其中（CTRL_H – CTRL_L）就是電感電流的紋波，如果通過電壓外環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，實現電流內環的控制。圖四展示了電感電流受滯環控制值的實時限制：

（滯環控制值實時限制了電感電流）

從控制的效果來看，由于滯環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，從而簡化系統的控制模型，降低為一階系統，更易于控制和穩定。圖五是通過在滯環控制值上注入擾動，測試的頻率響應。從幅頻特性圖來看，滯環電流控制的功率級電流內環呈一階模型，易于控制和穩定，與峰值電流模式相似。

（ 滯環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 PWM 的載波和調制的概念。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系。但是滯環控制還會因為電感電流紋波的大小反應到開關頻率的變化范圍上。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。為了實現滯環控制，還需要準確的監測電感電流的峰值和谷值，如果是使用 ADC 來做模數轉換就很難實現這種控制方法。因此滯環控制的實現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，產生兩個狀態標志位，PWM 控制器內部有狀態機用來實現滯環控制方法。

內置有兩個模擬比較器

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

滯環控制的仿真實現

實現的邏輯可見圖八：

滯環控制的仿真波形

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：

由滯環電流模式控制的 BUCK 變換器

首先進行動態響應測試，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%。說明滯環電流模式的調節速度和穩定性都非常不錯，可見圖十。

（ 滯環電流控制的動態響應測試）

小結：

簡單的介紹了滯環電流控制和 HSA8000 控制器的基本概念，控制方法的仿真實現和動態性能測試。經過測試發現滯環電流控制的響應速度和穩定性都非常不錯，是一種優秀的控制方法。
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