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介绍

在此应用中，我们将使用GreenPak IC器件创建用于AC线路供电负载的循环窃取控制单元。循环窃取也被称为循环跳跃，脉冲跳跃，整体循环控制和爆发。

当负载电流和电压为零时，通过将电源控制开关打开和关闭电源控制开关循环窃取工作。该技术也称为软切换。软切换实际上消除了由切换动作产生的电磁干扰，消除了由硬开关引起的功率损耗，并降低电源开关上的电应力，从而提高了可靠性。循环窃取的缺点是它可以在为系统提供电源的电源中产生低频脉动电流，这可能导致可见的闪烁。

周期挪用是控制用于高功率的电力负载，其中负载响应慢相比于AC线路频率的优选方法。将适合本实施例中的装置是热的加热器。

循环盗窃法

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输送至负载的平均功率。e、 g.对于50%功率水平，在设定的时间段（称为“控制周期”或“切换周期”）内，一半周期将“开启”，一半周期将“关闭”。图1（a）显示了8个完整控制周期的三种不同输出功率水平。如果控制周期为8个周期，并且需要50%的功率水平，则将开启4个周期，关闭4个周期。显然，最好以交替方式（开-关-开-关…）排列它们，而不是在控制周期开始时将“开”循环分组，因为交替循环将减少闪烁。这种在控制周期内均匀分配“开”和“关”循环的方法适用于任何功率水平，如图1（b）所示。

增加跳过百分比（跳过的总循环的百分比，SP）降低了平均输出功率电平，平均输出RMS电压和电流。这如表1所示。

	公式	sp = 0.	标准普尔=25%	标准普尔=50%	SP = 75％
输出功率	P=P0.（1-SP）	100％	75%	50%	25％
输出RMS电压		V.0.=V输入	86％V.0.	71%V0.	50％V.0.
输出电流有效值		一世0.=V0./ R.	86％I.0.	71%I0.	50％I.0.

闪烁问题将作为更精细的控制分辨率而恶化。经典周期窃取方法依赖于在给定控制期间跳过一定百分点的循环。因此，随着功率控制分辨率的增加，控制时段需要更大量的循环，并且随着控制周期延伸，可见的闪烁恶化。

周期窃取可以使用半周期而不是全周期来完成，因为电源电压在电源周期的中间是零。半周期控制提高了分辨率，减少了闪烁。

然而，使用半周期挪用方法可以通过对不同数量正和负半周期的开关引入的直流电压到输出端。该DC电压可以是不相关的对于一些应用和不可接受的其他人。亚博国际官网平台网址控制电路可以被设计成使得正和负半周期的相等数量是有保证的。图2（a）示出了半周期窃取方法上的8周期（16个半周期）的控制周期，而图2（b）示出了具有平衡控制的方法相同。有时，在控制期间实现正/负平衡循环分布是不完美的。

循环窃取适用于电阻负载，因为电流与电压成正比。对于归纳，电容和非线性负载类型，循环窃取可能不合适。例如，经典二极管整流器将与几乎任何跳过百分比保持相同的功率电平 - 跳过越多的循环，电流越高，而桥接二极管导通，则没有任何意义的应用循环窃取控制对此非线性载荷。

周期挪用VS相位角控制

对于AC功率控制的流行方法是相位角控制。在该控制方法中，输出在每个半周期的延迟时间段之后打开。通过改变延迟，功率电平调整。这两种方法都并排用于比较在图3中，示出了在三个不同的功率水平和全功率的输出电压波形。相位角控制方法具有无闪烁的问题，但它确实有固有的产生射频干扰和呈现非线性负载到AC线的缺点。

添加组件以解决EMI问题也会增加电路的成本、质量和体积。

在相位角控制的方法，该波形是在每个周期是相同的，所以只有较高频率（电源频率的谐波）由功率控制过程中引入。由于较低的频率没有出台，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。

因为周期挪用需要更复杂的控制电路的相位角控制电路被认为是更容易和更便宜。虽然这通常是真实的，GreenPAK IC可使实现在单个设备中一个完整的控制电路，从而否定这样的说法。

电源电路

由于本应用笔记的焦点在循环窃取控制电路上，因此电源电路的配置基于MOC3063 IC，该IC集成了零交叉电路和三端双向可控硅驱动器。对话框的应用笔记中提出了具有单独零交叉电路和三端双向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。我们为其简单和集成选择了MOC3063。请注意，由C1和R3组成的缓冲电路对于循环窃取不是必需的。

缓冲电路的目的是扼杀由硬开关产生的振铃，但可以省略软切换。如果没有缓冲电路，则组件计数将关闭到MOC3063，电力三端双向可控硅和2个电阻器。计算元件值，用于控制230VAC电源的4kW负载，电力三端双向可控硅BTA41-600B。基于三脚架累视的交流电源很受欢迎，因为它们很简单，成本效益和强大。在高负荷电流下，TRIAC正向电压降产生相当大的损耗，因此需要散热器。为了提高效率，可以基于MOSFET / IGBT而不是TRIACS创建电源电路。然而，高效率具有自身的缺点：较高的分量成本，电路复杂性和减少的鲁棒性。

图5中电源电路的操作非常简单。虽然控制信号很低，负载关闭。虽然控制信号很高，MOC3063将在每个过零点处打开电力三端双向可控硅T1，并且TRIAC将保持（锁定）直到下一个过零点。在半周期结束时，就在过零之前，T1将自动关闭，但如果控制信号在零交叉时刻高，则T1将立即再次打开。

GreenPak内的控制电路

当占空比为D的PWM控制信号应用于电源电路的控制输入时，如果PWM频率与电源频率不同步，半周期跳过百分比将精确为1-D。由于GreenPAK的集成RC振荡器，很容易产生PWM信号。有几个选项可用于设置PWM信号的占空比：

• 通过控制电压（例如，来自模拟传感器）
• 通过串行通信（SPI或I2C）
• 通过数字输入信号（例如旋转开关）从一组预定义值中选择
• 预设在启动时注册

请注意，如果将PWM频率同步的（锁相）与市电频率，跳过百分比可能只需要整数两个频率的分数的值和分辨率是有限的。然而，如果这两个频率是异步的，分辨率不限。

为了使PWM控制信号异步的电源频率，我们将GreenPAK的RC振荡器设置为自由运行模式。如果周期挪用的古典风格期望（如在图1中呈现的一个：（a）），RC振荡器应设置为电源频率为外部时钟源。

对于半周期控制时序图如图6所示。GreenPAK生成PWM信号，并直接应用于它的CTRL输出。

如果在过零点（上升或下降）的Ctrl高，则OboC3063将打开以下半周期的TRIAC开关。

我们为本项目选择了SLG46220V，因为它提供了设置占空比的各种选项。我们选择使用模拟输入，它连接到Pin8。我们使用PGA、ADC和CNT2/DLY2模块来设置PWM信号。OSC模块设置为25kHz，其CLK/4输出驱动CNT9/DLY9，从而将PWM周期设置为28.16毫秒。CNT2/DLY2根据ADC的输出控制占空比。

其他GreenPAK IC也可用于实现循环窃取，尽管设计可能略有不同，可能需要一些额外的外部组件。

我们所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。虽然这样的设计只覆盖不平衡的半周期的控制，它是适用于某些负载，如热加热器。对于全周期控制时，需要附加的电路以确保充分循环的该第二半周期将不被跳过即使PWM控制信号为周期中期无效。

对于一个完整的周期控制选项，我们可以从用于半周期控制相同的PWM控制信号启动，并抑制其应用上升（或下降）过零。所述PWM信号处于零交叉点的高或低的概率为兼有上升沿过零点和下降的过零点是相同的。

跳过百分比将同一控股完整的周期仅上升（或下降只）零交叉或半周期在每个零交叉。注意，这种方法可以保证正和负半周期的数量相等，因为他们总是成对去一个完整的周期，因此没有直流分量将在输出端引入。

由于上升和下降过零点对于MOC3063是相同的，我们需要添加一个选择器电路。要选择下降过零点，我们可以使用电阻分压器调整电源电压，并激活数字输入引脚的施密特触发器选项。必须添加肖特基二极管以在负半周期期间保护输入引脚。该附加外部电路如图7所示。在GreenPAK内施密特触发动作后，我们得到一个信号STRIG，该信号在上升过零点后不久将变高，在下降过零点前不久将变低。

在计算电阻值时，分压器的比率必须高于V_MHP./ V._CC.，虽然低于v_MLP./ V._st. v_MHP.和V._MLP.为高电源和低电源的电源电压峰值，V_CC.作为GreenPAK电源和V_st作为施密特触发器的逻辑输入的高级输入电压。

对于V._MHP.= 374V._P.（264V._AC.），五_MLP.= 265V._P.（187V_AC.），五_CC.= 5V_DC.和V._st= 3.333V._DC.我们得到分隔率比应在75和79之间，所以选择768K和10K电阻。

STRIG的下降沿用于锁存控制信号以进行全循环，而STRIG的上升沿用于清除控制信号。时序图在图8中介绍，两个功率水平：75％和25％。

注意，在上面的时序图中，PWM周期（“控制周期”）被设置为28毫秒，在一个和两个完整周期之间。这远离图1和图2中的8个完整周期，在此应用笔记的介绍部分中。选择短PWM周期减少了闪烁，因为顺序“关闭”周期的概率低于更长的PWM周期。此外，当使用内部GreenPak振荡器产生PWM时段时，振荡器频率具有初始容差和漂移。标称PWM周期越长，绝对偏差的越大。在长期PWM周期中，PWM周期的总偏差可以接近电源半周期的持续时间并将PWM频率移位与电源频率同步，因此跳过百分比可能仅采用两个频率的分数的整数值从而使控制分辨率有限。

内GreenPAK全周期控制的实现增加了只是一对夫妇门的半周期设计，如图9所示。

半周期控制信号连接至引脚4，而全周期控制信号连接至引脚6。

DFF0锁定在STRIG信号下降沿的PWM信号状态，就在零零之前。INV0和2-L0在零横向上升时重置CTRL。

注意，可以通过重新配置图7中呈现的外部零交叉选择器电路来避免上述电路中的逆变器INV0。

图9中所示的设计将PWM信号的占空比设定为模拟控制电压（例如，来自外部电位计）。

测试GreenPAK设计

我们分两个阶段对设计进行了测试：

1）使用GreenPak通用开发板设计测试

2） 与电源电路集成的最终测试

我们使用GreenPak Designer开发套件中包含的GreenPak仿真工具来测试GreenPak IC设计。我们在PIN8上创建了一个模拟信号发生器，以模拟模拟输入控制信号。使用逻辑发生器模拟STRIG输入。

内部信号暂时连接到自由引脚，以使它们在测试期间可访问，如图9所示的GreenPak示意图所示。标记PWM周期的开始的脉冲信号被连接到引脚5.锁存信号被连接到引脚3。

GreenPak电路产生的控制信号可用于GreenPak通用开发板的测试引脚。使用外部示波器和万用表检查所有信号。

最终测试

对于电路内测试，我们将电源电路组装在试验板上，并使用跳线将其连接到GreenPAK Universal Development板。使用4 kW电阻加热器作为负载。

最终测试的配置如图12所示。

测试的第一部分涉及使用控制信号（GreenPak Designer信号发生器或外部电位计）控制输送到负载的电力。通过测量负载处的rms电压和负载温度来监测输出功率。虽然RMS电压立即反射了输入控制水平的变化，但由于加热器的热惯性，温度所需的时间以稳定在设定的水平上。

测试的第二部分包括将温度传感器添加到电路中，并关闭反馈回路以使温度调节器正常工作。可变（可变自耦变压器）用于改变输入交流电压。我们监控输出温度，以验证电路是否通过跳过正确百分比的周期，在整个输入电压变化范围内调节温度。

延期

可使用GreenPAK中提供的剩余逻辑添加可选功能：

1. 软启动/软停止电路，可在接通和/或在关闭时逐渐增加输出功率（越来越淡出/淡出效果）
2. 对于某些应用，设置亚博国际官网平台网址最小占空比（限制最大跳过百分比）可能会很有趣，低于该值，输出功率将变为零。

在极低的输出功率下，跳过百分比将非常高，负载将被关闭，以便相对长的时间段关闭，从而使闪烁的问题难以解决。同时，在非常低的输出功率下，具有相位角法的EMI问题被最小化，因为导电角度小并且在低电压下发生硬切换。

利用GreenPak IC，可以将循环窃取和相位角控制方法组合在一个组合的方法中，以满足两种方法的最佳特征，通过在高功率下循环窃取EMI问题，同时避免通过相位角控制闪烁在低功耗灯光调光应用。

结论

我们在GreenPak IC中实施了一个循环窃取控制系统。GreenPak PWM输出信号的占空比确定最大负载功率的分数。由GreenPak IC产生的控制信号用于打开和关闭电动转轴，其耦合到交流线源，使得提供到负载的所需载荷功率分数。

该循环窃取控制方案提供精细功率控制分辨率，而无需长时间控制。此外，通过缩短控制周期，减少了由于脉动的交流线电流引起的闪烁。

在GreenPAK剩余电路可被用来实现在特定应用程序的其他的特征和功能。亚博国际官网平台网址