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介绍
在本应用说明中，我们将使用GreenPAK IC设备为交流线路供电负载创建一个循环窃取控制单元。周期窃取也称为周期跳跃、脉冲跳跃、积分周期控制和突发火灾。
当负载电流和电压为零时，通过打开和关闭电源控制开关进行循环盗窃。这种技术也称为软交换。软开关实际上消除了开关动作产生的电磁干扰，消除了硬开关造成的功率损耗，并降低了电源开关上的电应力，从而提高了可靠性。周期窃电的一个缺点是，它可能会在向系统供电的电力干线中产生低频脉动电流，从而导致可见的闪烁。
周期窃取是高功率电气负载的首选控制方法，负载响应比交流线路频率慢。一个适合这个例子的装置是一个热加热器。
挪用周期方法
当使用周期窃取方法时，通过选择性地切换电源周期来调整平均输出到负载的功率。例如，对于50%的功率水平，在一段设定的时间内(称为“控制周期”或“开关周期”)，一半的周期将“打开”，另一半将“关闭”。图1 (a)显示了8个全控制周期的三个不同的输出功率水平。如果控制周期是8个周期，50%的功率水平是需要的，4个周期将是开和4个周期关闭。显然，最好以交替的方式安排它们(开-关-关…)，而不是在控制周期开始时分组“开”周期，因为交替的周期将减少闪烁。这种分配“开”和“关”周期均匀控制周期的方法对任何功率水平都是有效的，如图1 (b)所示。
增加跳过百分比（跳过的周期占总周期的百分比，SP）会降低平均输出功率电平、平均输出RMS电压和电流。如表1所示。
公式 |
SP = 0 |
SP = 25% |
SP = 50% |
SP = 75% |
|
输出功率 |
P = P0(1) |
100% |
75％ |
50％ |
25% |
输出均方根电压 |
|
v0= V输入 |
86%V0 |
71% v0 |
50% v0 |
均方根电流输出 |
|
我0= V0/R |
86%I0 |
我71%0 |
我50%0 |
当需要更精细的控制分辨率时，闪烁问题会恶化。经典的周期窃取方法依赖于跳过给定控制周期内一定百分比的周期。因此，随着功率控制分辨率的提高，控制周期内需要更多的周期，并且随着控制周期的延长，可见闪烁会恶化。
周期窃取可以通过使用半周期而不是全周期来完成，因为在电源周期的中间，电源电压为零。半周期控制提供了更高的分辨率和减少闪烁。
然而，使用半周期窃取方法可能通过开关不相等的正负半周期来引入直流电压到输出。直流电压对某些应用可能是无关的，而对另一些应用可能是不可接受的。雷竞技安卓下载控制电路的设计可以保证相同数量的正半周期和负半周期。图2 (a)为8周期(16个半周期)控制周期下的半周期窃取法，图2 (b)为平衡控制下的相同方法。有时，在控制周期内实现正/负平衡的循环分配必须是不完美的。
周期窃电适用于电阻负载，因为电流与电压成正比。对于电感性、电容性和非线性负载类型，循环盗窃可能不合适。例如，一个经典的二极管整流器几乎在任何跳过百分比下都会保持相同的功率水平–跳过的周期越多，桥式二极管导通时的电流就越高，因此对这种非线性负载应用周期窃取控制是没有意义的。
周期窃取vs相位角控制
相角控制是交流电源控制的一种常用方法。在这种控制方法中，输出在延时后每半个周期打开。通过改变延迟，功率水平被调整。图3将这两种方法并作了比较，显示了三种不同功率级和全功率下的输出电压波形。相角控制方法没有闪变问题，但存在固有的射频干扰和对交流线路呈现非线性负载的缺点。
为解决电磁干扰问题而增加元件也会增加电路的成本、质量和体积。
在相角控制方法中，每个周期的波形都是相同的，所以功率控制过程中只引入较高的频率(市电频率的谐波)。由于没有引入较低的频率，所以没有闪烁。
然而，非零电压下的硬开关会在高频(RF)的LC电路中引入寄生振铃，因为所涉及的寄生电感和电容都非常小。图4显示了三种不同功率水平的电流波形，以说明硬开关引入的振铃。需要注意的是，当开关时刻电压越高(红色波形)，振铃越大，因为在振铃瞬态开始时，更多的能量被存储在寄生LC电路中。由于循环窃取方法在电压和电流为零时进行切换，寄生LC元件中没有存储能量来启动振铃并产生射频。
由于周期窃取需要更复杂的控制电路，相角控制电路被认为更容易和更便宜。虽然这通常是正确的，但GreenPAK ic能够在单个设备中实现一个完整的控制电路，从而否定了这个论点。
电源电路
由于本应用说明的重点是周期窃取控制电路，电源电路的配置是基于MOC3063集成了一个过零电路和一个可控硅驱动器。在Dialog的应用笔记中提出了一种单独的过零电路和可控硅驱动器的电源电路的替代解决方案AN-1124交流相位控制调光器. 我们选择MOC3063是因为它的简单性和集成性。注意，由C1和R3组成的缓冲电路对于周期窃取不是必需的。
缓冲电路的目的是抑制由硬开关产生的振铃，但软开关可以省略。没有缓冲电路，元件计数下降到MOC3063，一个功率可控硅和2个电阻。在230VAC市电用功率可控硅BTA41-600B控制4kW负载时，计算组件值。基于可控硅的交流电源电路很受欢迎，因为它们简单、经济、可靠。在高负载电流时，可控硅正向压降造成相当大的损失，因此需要一个散热片。为了提高效率，我们可以创建一个基于mosfet / igbt而不是可控硅的功率电路。然而，高效率有其自身的缺点:较高的元件成本、电路复杂性和降低的鲁棒性。
图5中功率电路的操作相当简单。当控制信号为LOW时，负载断开。当控制信号为高电平时，MOC3063将在每个过零点打开功率可控硅T1，并且可控硅将保持在(锁存)状态直到下一个过零。在半周期结束时，就在过零点之前，T1会自动关闭，但如果在过零点时刻控制信号为HIGH，则T1会立即再次开启。
GreenPAK内的控制电路
当占空比为D的PWM控制信号应用到电源电路的控制输入端时，只要PWM频率与市电频率不同步，半周跳变率正好为一维。由于GreenPAK的集成RC振荡器，很容易产生PWM信号。有几个选项来设置PWM信号的占空比:
- 通过控制电压进行模拟(例如通过模拟传感器)
- 通过串行通信进行数字通信（SPI或I2C）
- 可通过数字输入信号(例如旋转开关)从一组预定义值中选择
- 启动时在寄存器中预设
注意，如果PWM频率与主频同步(锁相)，跳过百分比可能只取两个频率的整数部分，分辨率是有限的。然而，如果这两个频率是异步的，那么分辨率就不受限制。
为了使PWM控制信号与主频异步，我们将GreenPAK的RC振荡器设置为自由运行模式。如果需要经典的周期窃取(如图1(a)所示)，RC振荡器应设置为主频率作为外部时钟源。
半周期控制的时序图如图6所示。GreenPAK产生PWM信号并直接应用于CTRL输出。
如果在过零时刻CTRL值高(上升或下降)，moc3063将在接下来的半周期内开启可控硅开关。
我们在这个项目中选择SLG46220V是因为它提供了多种设置占空比的选项。我们选择使用模拟输入，它连接到Pin8。我们使用PGA、ADC和CNT2/DLY2模块来建立PWM信号。OSC块设置为25kHz，其CLK/4输出驱动CNT9/DLY9，设置PWM周期为28.16 msec。CNT2/DLY2基于ADC的输出控制占空比。
其他GreenPAK ic也可以用于实现周期窃取，尽管设计可能会有一点不同，可能需要一些额外的外部组件。
我们使用的控制电路非常简单，GreenPAK主要用作一个独立的PWM发生器。虽然这种设计只包括不平衡半周期控制，但它适用于某些负载，如热加热器。对于全周期控制，需要额外的电路来确保即使PWM控制信号在周期中间不活动，也不会跳过整个周期的后半周期。
对于全周期控制选项，我们可以从用于半周期控制的相同PWM控制信号开始，并抑制其应用于上升(或下降)过零。上升过零点和下降过零点的PWM信号在过零点高或低的概率是相同的。
跳跃率将是相同的控制全周期仅上升(或仅下降)的过零或半周期在每个过零。注意，这种方法保证了相同数量的正半周期和负半周期，因为它们总是在一个完整的周期中成对出现，因此在输出端不会引入直流分量。
由于对MOC3063来说，上升和下降过零是相同的，我们需要添加一个选择器电路。为了选择降过零，我们可以使用电阻分压器缩放市电电压，并激活数字输入引脚的施密特触发选项。肖特基二极管必须被加入，以保护输入引脚在负半周期。这个附加的外部电路如图7所示。在GreenPAK内的施密特触发行动后，我们得到一个信号STRIG，在上升零线后不久将走高，在下降零线之前不久返回低。
在计算电阻器值时，分压器比必须大于Vmhp/五复写的副本，小于V中长期规划/五某物．vmhp和V中长期规划为高、低市电电压峰值，V复写的副本是GreenPAK的电源和V某物是施密特触发器逻辑输入的高电平输入电压。
V的mhp= 374 vp（264V交流电), V中长期规划= 265 vp(187 v交流电), V复写的副本= 5 v直流和V某物= 3.333 v直流我们得到分压器的比率应该在75和79之间，所以选择768K和10K电阻。
STRIG的下降边用于锁存一个完整周期的控制信号，而STRIG的上升边用于清除控制信号。图8给出了两个功率级别的时序图:75%和25%。
注意，在上面的时序图中，PWM周期(“控制周期”)被设置为28msec，在一个和两个完整周期之间。这与本应用说明介绍部分的图1和图2所示的8个完整周期相距甚远。选择较短的PWM周期可以减少闪烁，因为连续的“关闭”周期的概率低于较长的PWM周期。另外，在使用内部GreenPAK振荡器产生PWM周期时，振荡器频率同时具有初始容差和漂移。标称PWM周期越长，其总绝对偏差越大。在PWM周期长、PWM周期的总偏差可能接近电源著重的持续时间和改变PWM频率与电源频率同步,所以跳过比例可能只取整数值的分数两个频率从而使控制分辨率有限。
在GreenPAK中实现全周期控制只给半周期设计增加了两个门，如图9所示。
半周期控制信号接Pin4，全周期控制信号接Pin6。
DFF0将PWM信号的状态锁定在STRIG信号的下降沿，刚好在下降过零之前。INV0和2-L0在上升零点处重置CTRL。
注意，通过重新配置图7所示的外部过零选择器电路，可以避免上述电路中的逆变器INV0。
图9所示的设计使用模拟控制电压（例如，来自外部电位计）设置PWM信号的占空比。
测试GreenPAK设计
我们分两个阶段测试设计:
1） 使用GreenPAK通用开发板进行设计测试
2)与电源电路集成的最终测试
我们使用GreenPAK设计器开发套件中包含的GreenPAK仿真工具来测试GreenPAK IC设计。我们在Pin8上创建了模拟信号发生器来模拟模拟输入控制信号。用逻辑发生器模拟strg输入。
内部信号临时连接到自由的引脚，以便在测试期间可以访问，如图9所示的GreenPAK原理图。标志PWM周期开始的脉冲信号被连接到引脚5。闩锁信号连接到引脚3。
GreenPAK电路产生的控制信号可在GreenPAK通用开发板的测试引脚上访问。所有信号均使用外部示波器和万用表进行检查。
最终测试
为了进行在线测试，我们将电源电路组装在一个电路板上，并使用跨接线将其连接到GreenPAK Universal Development Board。负载采用一个4kw电阻加热器。
图12显示了最终测试的配置。
测试的第一部分涉及使用控制信号(GreenPAK设计信号发生器或外部电位器)控制传输到负载的功率。通过测量负载时的均方根电压和负载温度来监测输出功率。当RMS电压立即反映输入控制水平的变化时，由于加热器的热惯性，温度需要时间稳定在设定的水平。
测试的第二部分包括在电路中加入温度传感器，并闭合反馈回路使温度调节器。用可变自耦变压器来改变输入交流电压。我们监测输出温度，以验证电路通过跳过正确的周期百分比，在变化的输入电压的全范围内调节温度。
扩展
可以使用GreenPAK中剩余的逻辑添加可选功能:
- 软启动/软停止电路，在接通时逐渐增加输出功率和/或在断开时降低输出功率（渐入/渐出效应）
- 对于某些应用程序来雷竞技安卓下载说，设置最小占空比(限制最大跳过百分比)可能是有趣的，低于该值输出功率将为零。
在非常低的输出功率下，跳变率将非常高，负载将在相对较长的时间内关闭，从而使闪烁问题难以解决。同时，在非常低的输出功率下，相角法的EMI问题最小化，因为导电角很小，并且在低电压下发生硬切换塔吉。
通过GreenPAK IC，可以将周期窃取和相位角控制方法结合在一种结合了两种方法最佳特性的组合方法中，通过在高功率下周期窃取减少EMI问题，同时在低功率调光应用中通过相位角控制避免闪烁。
结论
我们在GreenPAK IC中实现了一个循环窃取控制系统。GreenPAK PWM输出信号的占空比决定了最大负载功率的分数。GreenPAK IC产生的控制信号用于打开和关闭耦合到交流线电源的功率双向晶闸管开关，从而将所需的满载功率部分提供给负载。
这种周期窃取控制方案在不需要长控制周期的情况下提供了良好的功率控制分辨率。此外，通过缩短控制周期，减少了由脉动交流线路电流引起的闪烁。
GreenPAK的剩余电路可以在特定的应用中实现额外的功能。雷竞技安卓下载