10.3 (十) - PFC设计的电磁兼容性问题与对策(3)

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这个 K 一定要跟这个 DS 的 D 这是源极也连在一起 越近越好 所以说这是我们布局的一个要求 那第二个要求是什么 它越近越好 其实我们还有一个 C 就是我们下边的 FET 和 D 和 C 的架构 什么架构 一定是三点一套 三点一套什么概念 就是这地方是一个高频的高压陶瓷电容 或者是高压的薄膜电容也是耐高频能力非常强 就是高频阻抗非常小的 然后呢最好是我直接这个电容 就焊在这个输出的这个 A 的地方 就是二极管的这个输出这个地方接头的地方 然后呢另外一头呢最好是接到 这个 IGBT 或者场效应管 S 上 而不是通过很远的线拉到地上去 我们很多人喜欢这是地 所以我把这电容所有管脚都连到这个地上一点接地 我们很多人讲一点接地 一点接地到底是好还是坏 讲不清楚的 因为你的目的是干什么 你不知道 你可能在这个地方就是差的在另外一个地方就是好的 所以我们不要迷信于这个术语上一点接地就怎么怎么样 几点接地就怎么样 关键是你参考的地在哪里 它是机理 它的电流怎么循环的把它弄清楚 所以说呢我我比较建议是什么 最好是一个贴片的高压陶瓷电容 直接这个管脚连在这个地方 直接这地方架了一个电容上去 越近越好 那么也就是保证这个回路里面尽量没有电感 这是一个关键 距离越短越好 没有电感 所以说我们这样的 PCB 的位置和这样的这个 FET、D 和 C 的架构 是形成我们布局是对 EMI 布局形成一个最有利的一个布局 实际上是这个意思 那么当然了 你说我实在没办法用贴片 因为用贴片 有些人呢虽然用贴片 他照样也是 L 很大 为什么 因为他贴片布的那地方 它有一个 PCB 的连线很长很细 那么这个地方实际上增加了一个电感进来那是不好的 所以这个应要粗要短 那么如果说实在不能用贴片 那我们可以用那个薄膜的 有带引脚 或者是用陶瓷电容引脚的那直接跨在这两端 而且引脚越短越好 那么这个构局呢就非常棒 也就是说它一旦产生这个地方的电感 电流要续流 一旦续流的时候我突然关闭了 除了一个给这个电容充电的过程以外 所以这个电压马上就迅速提高了因为续流 那么它就往这儿去往这边是出不去的吗 因为这个引线电感或者这地方有电感很大 那么它就首先是从这个进行短路 把这个电容充电拉到这个地方来 就是形成这么个循环非常短的距离循环 那么这个电压就不会被拉得很高 所以说这是解决毛刺的一个非常重要的办法 也就是说把引线电感甩到外面去 那么这个地方也是要甩到外面去 所以这是我们布线的一个要求 然后还有一个呢就是优化驱动的方法 优化驱动什么方法呢 我们讲刚才讲的导通的时候我驱动得很快 那这个电容是不是充满了电的时候 一下通过内部就是快速的放电了 快速放电一定会产生振荡 所以说那我驱动的时候能不能把这个驱动 驱动得很缓慢 那么驱动缓慢 有的人讲那我效率就会很低 开关损耗厉害了 其实不一定的 就是说我们很多的 PFC 因为你纹波大的时候 或者是说临界模式或者不连续模式的时候 它的电流是从零开始驱动的 所以这地方可以驱动的非常的慢 它也不会引起开关损耗很大 所以说呢那么我们可以调节 把这个电阻都变得很大 就是往里头灌电流的时候 实际上是给这个栅极电容充电 这个电容我们可以充的慢一点 波形这边好看不好看不重要 就是说把它驱动的慢一点 缓慢上去这个导通的慢一点 那么这样的话它有一段是线性区 完全导通之前是线性区 那么也就是这个电阻比较大 通过这个电阻进行放电的时候 就是把这个能量消耗到这个电阻上去了 而不会产生很大的电流尖峰 那么这样的话呢这个振荡就比较容易消除了 那么当然还有呢关闭的时候也是一样 我画的是一个电阻 其实关闭的是另外一个通道 可能快速关闭或者有个泄放这地方 对地对这个栅级之间我可能短路了一个三极管进去 就是直接把它开通短路掉 那么开通短路掉呢效率都是很高 开关损耗一下子就拉死了 那么像我这个呢,我人为的就把这个弄斜一点 让它慢慢地降下来 也就是关闭的时候稍微加点阻抗进去 让它慢慢的关闭,慢慢关闭 就是这个电压能慢慢的往上升 那就是减少这个 dv/dt 的变化 那么这一点呢是比较微妙的 为什么 因为我往往关闭的那一瞬间 PFC电感里面电流都达到最大值 那关闭的时候呢电压升起来了 升得很高 电流又没有掉到零 所以这个开关损耗就非常的厉害 那么怎么去判定 怎么去折中这个问题 就是让开关损耗小到我们可以接受 不至于太大 那同时呢又要让这个振荡 或者 dv/dt 或者 di/dt 变化又不是很快 一般的办法我可以告诉大家 我们去调节把驱动导通的一个路 一个通路和驱动泄放的一个通路 最好是分开设计各管各的 泄放的通路呢我可以调节它的电阻 它串上电阻 那么电阻我逐步把它调高 比如说我 10Ω 我不行 我再调到 15Ω 15Ω 不行调到比如说 20Ω、24Ω 甚至 30Ω、33Ω 等于往高了调 那么调到高到什么时候是合适的 我们可以监视我们这个 PFC 让它正常满功率工作起来 然后假设我输出是 1000W 输入可能是 1100W 假设是这样 那么我监视着这个功率计 我把这个电阻调大一点再换一个档 再往大了换 我发现这地方是 1100W 的时候 这边是 1000W 那 1100W 的时候我变成 1101W、1102W 了 就是说我只要把电阻也增大 它这个瓦数明显开始涨了 就是你那个功率计能看到瓦数开始涨了 那就说明不能再大了 一涨就说几瓦几瓦就往上涨了 那说明很大了 所以说假设我这个时候刚好我换了一个 33Ω 就看到这个地方就比较厉害了 那怎么办 那我 33Ω 往回退一档是多少 27Ω 对不对 再往下退一档是 24Ω 那么我一般是会退两档 就是要考虑到它这个管子可能会有离散 所以说我从 33Ω 退到 24Ω 去 那么我这个电阻底下这个泄放电阻就是 24Ω 这个时候我基本上 这个开关在关闭的时候并不明显增加 但这个时候呢我已经足够的慢了 不可能再慢对不对 那这个时候实际上就把这个 dv/dt 这个问题 就是做到最佳化了 也就是缓和了不可能再缓和了 但是最重要的一点就是刚才讲的这个三点合一 这个距离非常近的这种布局 这个是显得非常重要 不光是要距离近 而且这里边的连线的那个粗细要尽可能粗 因为越粗那引线电感越小 那么当然有些工程师说 我没办法那么做那个管脚 就本来很挤 我那地方没地方摆等等 这些很多的理由都是存在的 都是实实在在的 那么也就是说你只要做到 你认为能努力到的最佳就可以了 然后再去调节这些事情 那么兼顾这些条件 也就是说你由于这个开关管所造成的 各种各样的这个高频的振荡 实际上已经被控制到最小了 那么这样处理之后 你往往会发现在你的 我们传导干扰的时候可能二十几兆 二十兆以上,十兆以上二十三十兆之间 这地方可能很大幅度地就被衰减下去了 所以说你要是光靠滤波器去堵 去看什么是很难解决这个问题的 那么用这样的方法呢就会比较做得非常漂亮 所以说也就是从我们布局和布线开始 就要考虑到这种原则 然后最后在调试的时候驱动的时候呢 我们尽量做一些这个驱动的优化 当然还有一点就是我们选择器件 选择器件如果我选择一个快恢复器件 那特性很好 这个寄生电容非常小 快恢复呢是一个软的恢复 它不是一下子把电流加大 那么它这个 EMI 会减轻了很多 那么当然呢这个损耗也会减轻很多 那么还有的就是我采用一些 SiC 就是碳化硅的二极管 那这地方没有快恢复效应 它就实际上是并了一个结电容 那么这个时候呢其实是一个电容在里头作用 相对来讲就会好很多 但是你要别忘了 因为即便是碳化硅 它也有比较大的结电容 如果你很快的开和关 这个电容的充放电造成的 EMI毛刺也非常的厉害 所以这一点呢我们切切要注意 那么选择不同的器件这些寄生参数都不一样 所以说你要进行去比较,去细化的去比较 那么去看到底哪一个最适合于你 除此之外呢 我们还可以采用这个结构 就是说 DCM+CRM 的结构 什么意思呢 就是说如果我这个管子是 是处于临界模式或者不连续模式 那自然我这地方快恢复这个过程就没有了 就没有说我一直导通的过程中突然反过来一个电压 实际上我导通的过程中它自动的被截止 截止了之后 它一直没有电流的时候保持一段时间 然后这个啪开通了 这个电压可能已经掉下来蛮多了 那么这个两端实际上电容是逐步慢慢慢慢是在充电 这慢慢慢慢充电就意味着振荡就产生不了了 所以说这个电容即便有容量影响也不大 那么更别提这里头 如果说我们用一些别的好的管子 它就没有快恢复的特性 所以这个就非常的棒 其实这跟我们采用电路的模式也有关系 那么从这几个采用了我们这些方法之后 那么实际上就是从根本上 把我们的整个电路的这个 EMI 的这些干扰 源泉给他做小或者减轻到最低 那么同时呢用一个非常关键的 就是说没有毛刺PFC 电感 那么这样的一个设计 你的 PFC 的这个 EMI 产生的能量的源泉 或者是说这些方面呢已经控制得非常的棒了 非常的好了 那么即便是这样 由于我们有一些有纹波 有些其他原因还造成了一些 EMI 的泄漏 那么在靠前面的 EMI 滤波器那就会非常容易地解决 所以说通过这个办法呢我们就可以做到 整个 PFC电路变的干扰又小 效率又高 那么这地方做一些缓冲 RC 吸收之类的 也可以能量可以做到很小 就可以把这个波形做得漂漂亮亮 那么回过头来呢往外释放的能量能量小了 EMI滤波器减轻了 那么 EMI滤波器也可以进行简化 线圈不用绕那么多圈数 电感量不用加那么多 X 又不用那么大 那么最起码是减少了体积减少了成本 所以说这些方法呢是我给大家推荐的 非常重要也非常管用的一些办法 所以说我们做 PFC 的设计 我希望大家从电路的选取、器件的选取 驱动的优化 电路板的布局布线 再加上我们选择比较好的 没有干扰的不容易产生干扰的 PFC 电感 通过这些主动的办法减少我们 PFC 的源头 那么再有一些解决不了的 那靠我们的被动的办法去做强化滤波 那这样的话我相信你的 EMI 是非常容易解决的 而且成本会做得很好 那么这一讲我们就讲到这 谢谢大家
课程介绍 共计25课时,5小时51秒

PFC电源设计与电感设计计算

PFC 电感设计

PFC电源技术系列培训讲座,将全面系统介绍当前几乎所有的常用PFC电路形式:从CCMDCM到CRM的PFC电路,单相PFC、三相PFC,有桥PFC、无桥PFC,双电平PFC、三电平PFC,单路PFC、多路交错并联PFC,部分开关PFC,维也纳结构三电平PFC、效率更高的A-NPC PFC等。同时,由浅入深地从PFC原理出发,讲解各种PFC电路的计算方法和实例;此外,本讲座还将重点帮助电源工程师理解磁集成PFC技术、磁耦合PFC技术等。针对PFC设计中的电磁兼容的问题,本讲座将从PFC电磁兼容的产生机理出发,透彻、彻底地揭示出影响PFC电磁兼容的诸要素,并同时提供出最大限度地改善、解决PFC电磁兼容问题的全面系统的解决办法。本讲座力求通俗易懂、概念清晰、准确,注重实战性和实用性,力图提升电源工程师解决实际问题的能力。
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讲师

讲师: 邵革良

田村(中国)企业管理有限公司上海研发中心 所长中国电源学会专家委员会 委员中国电源学会磁技术专业委员会 委员中国电源学会磁元件技术服务专家组 副组长中国电源学会标准化委员会 委员深圳市科技专家协会 科技专家深圳市科技创新委员会 专家 20年的一线电源研发的资深经验,先后从事并主持过电机调速变频器、逆变焊机、通信一次电源系统、电力系统直流操作电源系统、CBB波音商用飞机宽带互联网机载电源系统、高效率DC/DC砖块电源、电流传感器、变频空调及光伏逆变器、新能源汽车等各种新型磁元件的众多研发项目。 拥有众多的与国际一流研发团队的合作经验,并精通于电源和磁元件产品的可靠性研发管理和实践。特别是在新能源磁元件领域,通过大量的原创性技术创新和行业应用推广,引导着世界功率磁元件的技术变革。 其中完成电源及磁技术等领域多国专利申请40余项,并已取得7项国家发明专利受权。

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