图腾柱TCM的工作过程分析
图1 两相tcm图腾柱拓扑图
上图1为一个典型的两单元tcm控制的图腾pfc拓扑结构图。qsr1和qsr2为工频整流的开关管，也可以为二极管，他们构成的桥臂，之间的连接点连在输入电源的一端，桥臂两端连接母线电容。q1～q4为4个开关管，q1，q2为一个桥臂，它们之间的连接点连接到一个滤波电感l1，q3，q4为另一个桥臂，它们之间的连接点连接到另一个滤波电感l2，同时两个滤波电感的另一端都连接到输入电源。两个开关管的桥臂的两端连在母线电容的两端。其中两个桥臂开关管，上下互补，左右互差180度，这样就构成了交错并联的两个图腾柱模块。
图2 单个图腾柱单元的工作波形图
为简化分析过程，以交流输入的正半周为例分析，此时的工频整流管qsr1一直处于关断状态，而qsr2一直处于开通状态。其中，由高频功率管q1、q2和电感l1构成的单个图腾柱的电流波形如图2所示。
在单个开关周期内，大致分五个工作状态：
t0～t1
t0～t1之间：在死区时间内，主功率q2和同步整流管q1都没有开通。但主功率管q2体二极管导通，它与电感l1和工频整流管qsr2构成电流回路，对电感l1放电，l1释放能量。此时电感l1的负向电流幅度逐渐减少。
t1～t2
t1～t2之间：主功率管q2导通，电流从主功率管q2的体二极管转移到主功率管，此时的电流回路由主功率管q2、电感l1和工频整流管qsr2构成。由于主功率管q2的开通时的电压只有二极管的管压降，因此是一个零电压的开通过程（zvs）。电感l1的负向电流幅度逐渐减少到零，并转为正向电流，且正向电流逐渐变大。此过程电感l1先释放少量负向电流所存储的能量，然后通过正向电流增大逐渐充电来储存能量。
t2～t3
t2～t3之间：在死区时间内，主功率管q2和同步整流管q1都没有开通，但同步整流管q1的体二极管续流导通，它与电感输出电容cpfc、工频整流管qsr2和电感l1构成回路。此时电感l1放电，l1的正向电流逐渐减少，给输出电容cpfc充电。
t3～t4
t3～t4之间：主功率管q2关断，同步整流管q1开通。此时的电流回路由同步整流管q1、输出电容cpfc、工频整流管qsr2和电感l1构成。此时电感l1的正向电流逐渐减少到零，并将储存的能量释放出来，给输出电容cpfc充电。
t4～t5
t4～t5之间：功率管q1和q2的驱动与上一过程一致。此时的电流回路仍然由同步整流管q1、输出电容cpfc、工频整流管qsr2和电感l1构成。但由于同步整流管q1继续导通，使得电感电流的方向由正向转变为负向，且负向电流幅度逐渐变大。此时电感l1是负向电流的方式充电，储存能量，并为下一个周期主功率管q2的zvs做准备。
同样的工作方式的两个相位相差180度的图腾柱模块交错并联的波形如图3所示。为了达到较小的交错电流值，两个图腾柱单元的电流波形的相位差应该相差半个周期。也就是功率管q4的驱动波形比q2超前或滞后半个开关周期，同时功率管q3的驱动波形比q1超前或滞后半个开关周期，从而得到电感l2的电流波形超前或之后l1的电流波形，这样可以得到比较理想的电流交错波形，也就是比较小的总纹波电流itotal。
图3两路交错tcm控制的波形图
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上图1为一个典型的两单元tcm控制的图腾pfc拓扑结构图。qsr1和qsr2为工频整流的开关管，也可以为二极管，他们构成的桥臂，之间的连接点连在输入电源的一端，桥臂两端连接母线电容。q1～q4为4个开关管，q1，q2为一个桥臂，它们之间的连接点连接到一个滤波电感l1，q3，q4为另一个桥臂，它们之间的连接点连接到另一个滤波电感l2，同时两个滤波电感的另一端都连接到输入电源。两个开关管的桥臂的两端连在母线电容的两端。其中两个桥臂开关管，上下互补，左右互差180度，这样就构成了交错并联的两个图腾柱模块。
图2 单个图腾柱单元的工作波形图
为简化分析过程，以交流输入的正半周为例分析，此时的工频整流管qsr1一直处于关断状态，而qsr2一直处于开通状态。其中，由高频功率管q1、q2和电感l1构成的单个图腾柱的电流波形如图2所示。
在单个开关周期内，大致分五个工作状态：
t0～t1
t0～t1之间：在死区时间内，主功率q2和同步整流管q1都没有开通。但主功率管q2体二极管导通，它与电感l1和工频整流管qsr2构成电流回路，对电感l1放电，l1释放能量。此时电感l1的负向电流幅度逐渐减少。
t1～t2
t1～t2之间：主功率管q2导通，电流从主功率管q2的体二极管转移到主功率管，此时的电流回路由主功率管q2、电感l1和工频整流管qsr2构成。由于主功率管q2的开通时的电压只有二极管的管压降，因此是一个零电压的开通过程（zvs）。电感l1的负向电流幅度逐渐减少到零，并转为正向电流，且正向电流逐渐变大。此过程电感l1先释放少量负向电流所存储的能量，然后通过正向电流增大逐渐充电来储存能量。
t2～t3
t2～t3之间：在死区时间内，主功率管q2和同步整流管q1都没有开通，但同步整流管q1的体二极管续流导通，它与电感输出电容cpfc、工频整流管qsr2和电感l1构成回路。此时电感l1放电，l1的正向电流逐渐减少，给输出电容cpfc充电。
t3～t4
t3～t4之间：主功率管q2关断，同步整流管q1开通。此时的电流回路由同步整流管q1、输出电容cpfc、工频整流管qsr2和电感l1构成。此时电感l1的正向电流逐渐减少到零，并将储存的能量释放出来，给输出电容cpfc充电。
t4～t5
t4～t5之间：功率管q1和q2的驱动与上一过程一致。此时的电流回路仍然由同步整流管q1、输出电容cpfc、工频整流管qsr2和电感l1构成。但由于同步整流管q1继续导通，使得电感电流的方向由正向转变为负向，且负向电流幅度逐渐变大。此时电感l1是负向电流的方式充电，储存能量，并为下一个周期主功率管q2的zvs做准备。
同样的工作方式的两个相位相差180度的图腾柱模块交错并联的波形如图3所示。为了达到较小的交错电流值，两个图腾柱单元的电流波形的相位差应该相差半个周期。也就是功率管q4的驱动波形比q2超前或滞后半个开关周期，同时功率管q3的驱动波形比q1超前或滞后半个开关周期，从而得到电感l2的电流波形超前或之后l1的电流波形，这样可以得到比较理想的电流交错波形，也就是比较小的总纹波电流itotal。
图3两路交错tcm控制的波形图
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