摘要
本文介绍一种立异的自适应稳压器(AC/DC或DC/DC)脉宽调制器(PWM) ，依据“固定关断时刻(FOT)”或“稳定导通时刻(COT)”操控办法，能够在全工况下(例如，满负载CCM或中低负载DCM形式，宽输入输出电压) 以稳定开关频率作业，无转换器的寄生参数(例如，功率开关和滤波电感器的电阻)的负面影响。此外，本文提出的调制器电路与转换器拓扑无关(升压、降压、反激式等)，只与功率开关管栅极驱动逻辑信号(GD)有关，节约芯片引脚数量，且/或下降规划杂乱程度。
前语
在一个依据FOT操控办法的开关式转换器内，操控器使功率开关管的关断时刻(TOFF)固定不变，并调制功率开关的导通时刻(TON)，以此调整输出电压或电流。反之亦然，COT操控办法是使功率开关的导通时刻固定不变，一起调制功率开关的关断时刻，调整转换器的输出电压电流。最简略的FOT或COT电路会导致开关频率(FSW)显着改变，这首要与输入输出电压设置点和负载(CCM 或DCM形式)有关。详细地讲，当负载下降时，开关频率将会升高，导致能效下降或发生意外的特性(需求更宽的EMI滤波器)，这是一个众所周知的技能缺陷，不少文献中都有记载处理这个问题的办法。
例如，用FOT办法操控CCM PFC前级升压稳压器，导致开关频率随电网电压和负载条件而发生显着改变[1]。依照实时电网电压调制关断时刻，能够下降开关频率(TOFF Kt Vin, pk sinθ), 如图1所示，只需升压级是CCM形式，终究开关频率是稳定的[2]，如图1右图所示。
图1：电网电压FOT调制PFC升压转换器(左); FSW对电网电压(右)
COT被广泛用于操控依据降压[3-5]和升压[6]拓扑的DC/DC转换器。在降压转换器[3]内，假定是CCM形式且疏忽寄生效应(例如，功率开关和滤波电感器的电阻)，依照检测到的输入输出电压调制导通时刻，能够发生稳定的开关频率。事实上，依据[4]-[5]，完成这个方针还需求检测功率开关上的电压并依照该电压对导通时刻进行深度调制。相同的办法还用于COT 升压转换器[6]和FOT升压转换器[7]。值得注意地是，关于如何将开关频率改变降到最小，[2-7]给出的处理办法都是依据转换器占空比预算值(这与CCM形式下的抱负开关频率密切相关)和检测转换器电网电气参数(例如，输入输出电压、功率开关/电感器电压降等)。
为处理前文说到的一切缺陷，本文提出的调制器的首要思路是丈量功率开关的导通时刻(或关断时刻)，然后依据这个信息当令调制关断或导通时刻，终究获得稳定开关频率。
立异的调制器: 作业原理
图 2 所示是咱们提出的调制器(黑色的是FOT调制器，绿色的是COT调制器)，其间Q代表功率开关管栅极驱动逻辑信号，END-TOFF (END-TON)是调制器的输出，其上升沿是TOFF (TON)时长;IR1和IR2稳定电流发生器。选用与图[1]相同的符号表明法，VTH_RAMP和VRAMP电压能够表明为2πfline t 的函数， T(θ)= TON(θ)+ TFW(θ)+TR(θ)=TON(θ)+ TOFF(θ)是开关周期。
假定 T(θ) << Rt2 Ct2 << 1/fline，fline是电网电压频率， 电容Ct2上的开关频率纹波疏忽不计，其均匀值忠实地跟从电网频率改变。
以 FOT操控电路为例，经过将该电荷平衡应用到开关周期，能够求出 Ct2上的均匀电压VTH_RAMP (θ)：
解方程式(1)求出VTH_RAMP (θ)电压:
在功率开关管关断期间，CR1电容的充电电流是IR1恒流，CR1电容上的电压VRAMP (θ)线性升高：
只需(2)等于(3)，调制器当即完毕功率开关管的关断时刻(TOFF时刻)：
解方程式(4)核算1/T(θ)值:
方程式(5)证明，终究开关频率是稳定值，与输入输出电压设置点无关，也与工况(CCM或DCM)和转换器的寄生参数无关。
值得注意地是，本文提出的调制器仅依据转换器功率开关的栅极驱动逻辑信号(Q)，因而，是一个适用于一切转换器拓扑的通用调制器。
立异的调制器: 仿真试验验证
咱们选用PSIM 仿真法在不同的拓扑(例如，DC/DC降压COT、PFC升压FOT、DC/DC反激式FOT转换器等) 内测验并验证图2所示调制器。
因篇幅原因就不在这里赘述杰出的测验成果，咱们在PFC前级升压稳压器上经过试验办法验证这款立异的调制器的功能。
图3和4分别是试验波形和内置[2]的LM-FOT调制器的400W PFC [8]与这款立异的调制器的功能比较。
详细地讲，图3所示是开关频率在宽输入电压(230Vac-左和115Vac-右)规模和一切负载条件中(CCM-左, DCM – 右)坚持稳定。与规范LM-FOT办法比较，本文提出的立异调制器的功能大幅改善，特别是在高压线DCM运转形式更为显着，如图4所示。
图 3：立异调制器的试验波形：230Vac 满载(左);115Vac轻载(右)
图4：试验数据比较: 230Vac轻载(DCM作业形式)
完毕语和未来研究
本文提出一个立异的选用FOT/COT办法完成稳定开关频率的自适应PWM调制器，并经过仿真和试验办法验证了这个概念。在摘要中，咱们介绍了这个调制器规划的作业原理。这篇论文的正文部分还将讨论非抱负要素(例如，Ct2 %&&&&&%上的纹波)的重要影响和调制器小信号模型，以及更多信息和仿真验证试验成果。
参考文献
[1] C. Adragna, "Fixed-Off-Time Control of PFC Pre-regulators", 10th European Conference on Power Electronics and Applications, EPE 2003, Toulouse, France, paper 382.
[2] C. Adragna, S. De Simone and G. Gattavari, "New Fixed-Off-Time PWM modulator provides constant frequency operation in boost PFC pre-regulators", International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, SPEEDAM 2008, pp. 656-661.
[3] H.C.Lin, B.C Fung and T.Y Chang, "A Current Mode Adaptive On-Time Control Scheme for Fast Transient DC-DC Converters", International Symposium on Circuits and Systems, ISCS 2008, pp. 2602 – 2605.
[4] L.F.Shi and L.Y.Xu, "Frequency compensation circuit for adaptive on-time control buck regulator" IET Power Electron, 2014, Vol. 7, Iss.7, pp. 1805–1809.
[5] W.C.Chen, H.C.Chen, M.W.Chien, Y.W.Chou, K.H.Chen, Y.H. Lin, T.Y Tsai, S.R Lin, and C.C.Lee “Pseudo-Constant Switching Frequency in On-Time Controlled Buck Converter with Predicting Correction Techniques”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 31, Iss.5, pp. 3650 – 3662, May 2016.
[6] X. Xu, X. Wu and X. Yan, "A Quasi Fixed Frequency Constant On-Time Controlled Boost Converter", International Symposium on Circuits and Systems, ISCS 2008, pp. 2206-2209.
[7] M.C.Lee, X. Jing and P.K.T.Mok, "A 14V-Output Adaptive-Off-Time Boost Converter with Quasi-Fixed-Frequency in Full Loading Range", International Symposium of Circuits and Systems, ISCAS 2011, pp. 233-236.
[8] "400 W FOT-controlled PFC pre-regulator with the L6563", STMicroelectronics Application Note, AN2485.
