4.PFC原理和双闭环控制
升压电路在传统的控制方法中用的最多的应该就是一个基于平均电流的一个双闭环控制。双闭环指的就是一个电压环跟电流环，就是两个环路，一个双闭环控制，还有它一个基于平均电流，这个平均电流指的就是这个电感电流的一个平均电流。
电感电流是在这个开关管开通的时候，它这个电流是线性上升的一个过程。然后开关管关断的时候，它电流是一个线性下降的一个过程，是这么一个过程。然后从这个波形上来看，我们可以看得出来，我们这个电感电流的平均值出现在哪里？电感电流平均值是出现在一个上升，沿上电感电流上升或者电感电流下降的最中间的位置最中间的位置实际上也对应的实际上就是一个PWM波，它的一个开通的时候，最中间的这个位置。也就是说我们电感电流的平均值出现的点是在哪，出现的点就是在我们的这个驱动信号，就是这个单波驱动信号的最中间的一个位置，就是一个平均值。然后它的平均值是这样子的。所以说我们只要做什么做一个什么样的事情呢？我们要取这个电感电流的平均值，只要取它的一个电感电流会上升的一个过程。就是在驱动最中间点，这个值，这个点就可以代表它的平均值。每一个电感电流最中心点的位置就是代表了一个电感电流的一个平均值。
BOOST电路双闭环控制
通常BOOST的输出恒压闭环控制采用电压外环电流内环的控制架构，如图所示。其中电压外环为慢速环，电流内环为快速环，两则在控制带宽上成数量级的倍数差别。
将输出电压V转换后，与参考电压（目标电压）Vref共同送入电压环路计算，电压环的控制逻辑为：当检测到输出电压小于Vref时，经过电压外环计算后电压环输出量增加；反之，当当检测到输出电压大于Vref时，经过电压外环计算后电压环输出量减小。
电压外环的输出与电感电流转换共同送入电流内环，其整体控制逻辑如下，当检测到输出电压小于Vref时，经过电压外环计算后电压环输出量增加，即参考电流Iref增加，经过电流内环的计算，电流环输出控制量增加，占空比增加，使得电感电流增加，输出电压增加；反之，当检测到输出电压大于Vref时，经过电压外环计算后电压环输出量降低，即参考电流Iref降低，经过电流内环的计算，电流环输出控制量降低，占空比减小，使得电感电流降低，输出电压降低。
BOOST电路双闭环控制
控制一般情况下都会基于一个电感电流平均值的一个双闭环控制，一个是电压，还有一个是一个电流环。所谓的电压环，就是一般指的是一个外环，外环指的一般是一个慢速环，然后还有一个电流内环，电流内环指的是一个快速环。然后我们这个环电压环的输出是用来做一个电流环的一个参考值。然后通过这个电流环去控制我们这个电感电流的平均值，使这个电感电流的平均值得到我们想预想的一个参考电流。然后整个控制逻辑我跟大家再回顾一下，就是假如我们的设设，假如我们设定的输出参考电压值是一个380伏，比如在某种情况下，比如说我的输出电压并没有达到一个380伏，也就是没有达到我的目标电压。这个时候，我一个电压环，就是一个电压转换之后就是输出电压转换了之后，跟这个参考电压进行一个比较，跟这个参考电压进行一个比较。因为你的输出电压并没有达到380伏，所以说这个误差是一个正的误差。正的误差之后在一个电压外环的作用下，不管你是用一个PI环控制，还是PID, 或者是一个多零几点的一个控制，当你这个误差是一个正的时候，你的输这个第二环的输出，它就会逐渐的累加，就是电压环的输出就是逐渐的往上走。我们知道我们这个电压环的输出是用作这个电流环的一个参考值。也就是说我们这个电流内环的一个参考值，它这个参考电流它是逐渐会被抬升逐渐被抬升了之后，再经过这个电流内环的控制之后，我们就会把我们的电感电流也把它控制的往上抬升。那电感电流往上抬升了之后会导致输出电压就往上走。往上走的话，使得我们的输出电压就误差就会越来越小。直到我们的一个输出电压达到我们想要的一个参考电压，就是这么一个控制逻辑。然后这个控制逻辑，我们的控制目标实际上是只有一个控制目标，就是一个输出电压这么一个控制目标。然后这个电感电流虽然它也在参与控制，但是这个电感电流并不作为。我作为一个控制目标，它只不过是一个中间的一个控制变量。标是一个输出电压，就是你要多少伏，你就可以控制它，它多它通过这个电感电流的一个平均值，去控制我们的输出电压。这是一个boost电路，它一个双闭环控制的它的一个基本的工作逻辑。
PFC工作原理与控制逻辑
常规的PFC控制均含为双闭环控制方式，分别为输出电压环和电流环，其中，电压环的作用用以保证输出侧直流母线电压的稳定，电流环的作用保证输入电感电流呈现正弦包络线，如下图所示为简化后的PFC工作原理。
图2.3 PFC工作原理
PFC实际上就是由前面的一个整流桥，再加后面的一个boost电路形成的。那么，这个PFC电路跟我们那个boost电路有什么区别呢？首先，我们这个boost电路它的一个输入，我们之前讲的这个输入，它是一个恒定的直流量，比如说是一个220伏的恒定直流电压。但是对于我们这个PFC电路来说，它的输入实际上是一个正负变换的交流电，即正弦交流电。所以说我们的区别就是输入的电源的区别就在这里。然后对于这个PFC里面的这个boost变换器，它作为一个boost变换器，它的输入是什么样子的？假如我们这里输入是一个正弦交流电，经过这四个二极管整流之后，得到了一个boost的输入电压，这个输入电压是一个馒头波电压，就是经过整流了之后，这个交流电的负半周被抬升，它就变成了一个馒头波。也就是说我们这个PFC电路里的boost变换器它的输入并不是一个稳定的直流电，它虽然是直流电，但它不是一个稳定的直流电，它是一个馒头波形状的直流电。这个馒头波实际上就是电网电压整流之后的电压波形，是不是？也就是说我们的控制所针对的电源，后面这个boost的电路跟我们前面讲的单纯的boost电路在电源输入实际上是不一样的，这是一点。第二点的话就是两者之间在控制上有什么区别，boost电路我们的控制一般只要求我们控制输出电压，达到我们想要的一个目标电压。但是我们PFC的话，它不单单是要控制我们输出电压，达到我们想要的一个目标电压，而且要控制我们这个PFC电路的一个输入电流，使其成为一个跟电网电压同相位的交流电。这就是两者之间的一个区别。然后换个角度来说，从boost电路它的一个电流内环来看，它控制的就是一个直流平均电流，就像之前我们仿真的，比如说我们控制的一个电感电流，它的平均电流是两安培，它是一个恒定的电流值。但是对于这个PFC来说，它的电流内环不单单是起到了一个控制输出电压的作用，它而且还要控制我们的这个电感电流，使电感电流跟随着我们这个馒头波电压（原句“防波电压”表述有误，应为“馒头波电压”）。比如说这个馒头波电压是这样子的，然后你必须得控制出我们这个电感电流跟这个馒头波电压的一个电流相位、包络线是一样的。所以说我们这个PFC它的一个控制跟我们一个boost控制有一个区别点，就是boost它的一个电感的电流，控制的是一个恒定的直流。但是对于我们这个PFC来说，我们控制的这个电感电流，它并不是一个恒定的直流，而是控制的是一个馒头波电流。因为你如果是一个馒头波电流，你这个馒头波电流折算到一个输入端的话，它就变成了一个跟电网电压同相位的交流电流。
PFC的工作原理如下：输出电压Vbus和参考电压Vref相比较后经电压环计算后得到电压环的输出量Vr，送入乘法器中与Boost输入电压Vdc相乘得到馒头波形状的电流参考值iref。参考电流iref与开关电流is检测比较后经过电流环后得到开关管的占空比信号d，经驱动电路后控制开关管的通断，从而使得输入电流（即电感电流iL）的波形与整流后的电压波形Vdc的波形基本一致。
由上述控制策略可知，当输出电压小于参考电压Vref时，电压环输出Vr增加，即经过乘法器后参考电流值iref增加，在电流环的作用下增加开关管占空比，使得输出电压往上调节。
下图给出输人电压波形Vdc、和Vi经过校正的电感电流iL，输人电流ii波形。由图可见，输人电流被PWM频率调制，使原来呈脉冲状的波形，调制成接近正弦(含有高频纹波)的波形。图中所示电路中在一个开关周期内，当开关管导通时，io=0，iL=is;当开关管关断时，is=0，iL = io，is为流经过开关管的电流波形，具有高频纹波的输入电流，取每个开关周期的平均值，则可得到光滑的近似正弦波。
相关电压电流波
PFC里面，电感电流的控制逻辑也是基于一个平均电流控制的双闭环，也是一样的。它这边是一个电压环，电压环有一个参考电压。参考电压输入之后，输出一个电压环的输出量。在boost变换器里面，这个电压环的输出量直接给电流环作为它的一个参考电流。但是PFC里面并不是这样的，PFC里面控制后得到一个电压环的输出，它还要乘上我们一个馒头波的相位信号。也就是说，比如是两安培，你这里空出某一个值，比如这里空出的是两安培，然后再乘以我们这个馒头波的相位信号，就得到了我们的参考电流，我们的参考电流就变成了一个具有馒头波形状的电流波形，跟之前boost的不一样的一点就在这里，它加了一个乘法器。这个乘法器的一端是电压环的输出，另外一端是输入电压的相位信号。输入电压的相位信号与电压环输出这两个相乘之后得到一个参考电流，这个参考电流的相位跟我们的输入电压这边的馒头波的相位是一样的。
也就是说你这个电流在经过这个整流桥，我们这个输入端，它实际的相位跟我们这个交流电的相位实际上是一样的。所以说它们两者的区别就在这里。再来看一下整个逻辑是怎么控制我们的输出电压，保证在我们想要的380伏，比如说我们想输出电压，要保证控制输出电压是380伏，而且要保证我们的输入电流是一个跟电网电压同相位的交流电。也就是说我们的电感电流必须呈现出一个馒头波的样子，同时满足这两个条件时，我们的控制逻辑是如何工作的呢？我们来看一下，假如我们想要的输出电压目标是一个380伏。这个时候，假如某一时刻是输出电压的目标值时刻，假如你输出没有达到380伏，假如说你某一时刻输出只有350伏，这个时候我们知道在电压环的作用下，因为你的实际电压比参考电压小，VR就会起作用。它的VR就会往上升，是不是？它的VR往上抬了之后，这个VR再乘以这个相位信号，乘以这个相位信号了之后，也就相当于我们这个参考电流的整个相位，整个电流的平均值呈一个波，每一个波的平均值就会往上抬，是不是？以前我们boost电路的话，boost电路的波形是一条直线。boost电路工作时，它是一条直线，这条直线整体往上抬。但是对于这种情况来说，它是一个馒头波，整个馒头波往上抬，整个馒头波的平均值就往上抬了。所以说往上抬了之后，在电流环的作用之下，你控制出来的电感电流的平均值是不是接着往上抬，往上抬就相当于你的输出电压就会被往上抬。所以说它们两者之间，跟我们之前讲的boost控制，两者之间实际上是一样的。