2.2 (二) 常见PFC电路和特点(2)

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评论 收藏 上传者:hi5
OK 我们再来看这幅画面 这个画面呢我们是要对这个 CCM 和 CRM 进行比较 那么这个我们首先看到 左边这个图是吧 这个波形图我们叫连续电流控制模式 就是导通模式 那么右边呢是临界的导通模式 我们 PFC 电路里面呢 其实基本上都是这两种模式 那么这两种模式呢 实际上它的控制的原理是完全不同的 我们先看左边这个图 底下呢是一个示意图 并不是真的是这样的 这底下这个表是代表一个驱动波形 那么实际上我们关注的并不是这个波形 而是这个电流波形 也就是说我们工作的时候呢 从低的电压就是正弦波进来 电压就一直往上上升 这个蓝颜色表示电压的正弦波电压 那么这个锯齿波是表示我们电感里面 就是这个电感里面跑的电流波形 所以他基本上控制原理是这样 就是说在控制一定的这个纹波的幅值 不是很大的情况下 然后呢也沿着这个正弦波的规律 就是把它的有效值或者平均值做出来之后 那么相当于这个平均值或者有效值呢 就是跟我们电压的波形完全一样同步的跟踪的 那这种原理从这个图上来看呢 为什么叫连续的呢 就是说你看这个电流掉下来的时候 他不会为零是吧 都是直流上面加一个纹波 那么这种情况我们叫连续 那么临界的呢就是右边这个图 基本上电感的电流波形就是像这个爬升起来 基本上电感的电流波形就是像这个爬升起来 然后呢关闭了掉下来 所以说呢掉呢一定要掉到底掉到零的时候 就调到零的时候呢 然后他马上又开始下一个脉冲 就是开通了那么始终处于 这种刚好一到零就回来这种模式呢 一直处于这种模式 那这个模式当然就是临界了 就是处于连续和不连续的临界点上 那么当这个 PFC 始终工作在这种状态 我们叫连续电流模型控制 那么这两种呢是有本质的区别的 本质区别是什么呢 左边的呢我们往往是做一个固定频率的控制 右边的呢是变频控制的 也就是说因为它电感量我们如果固定不变 那么电压在变的时候呢 是爬升的这个电流在变 包括时间在变 那么让它一定要掉到底的时候 实际上掉到底的这个时间也在变 所以说呢随着我们不同的输入输出电压的时候 那么这个频率是一直在变 就是一个正弦波的半波里面 实际上每一个时刻那个脉冲都是宽度是不一样的 就是这个周期都不一样 那么让他始终处于这种状态 那么永远处于这种状态 我们叫 CRM 这种状态就是临界模式 那固定频率呢就跟这个这个地方写了 是 CCM+DCM 或者 CRM+DCM 那么或者它都合在一起都有 什么意思呢像这个 我们这个电流大的时候它是连续的 那么这个地方电流小的时候它会掉到地的 掉到地的话刚掉到地呢是属于这种状态 那么再下去的话它就是不连续了 所以说固定频率它存在这个 连续模式和临界模式和 DCM 这种状态 那么 CRM 呢严格的意义上来讲 就是纯粹的这个临界模式 当然有时候我们也会有一些个别的情况下 就是说频率把它并没有跟踪那么快 那么底下呢就会有一段不连续的区域 所以这种情况呢会混合成 CRM+DCM 就是这两种不同的控制方式 那么我一会会讲 讲到这个计算的时候会去讲 这个两个控制的不一样 那么为什么他能做我们 PFC 或者是高次谐波的这个控制 那么刚才讲到这个 PFC 的问题呢 其实我们叫习惯了就是功率因素修正 Power Factor Correct 那么其实呢我们讲的是功率因数修正 这个呢是我的理解是有点不一样的 因为功率因数我们讲 PF 为一对吧 或者是接近于为一 PF 大那高次谐波是不是一定是小呢 那总的高次谐波肯定是小 但是呢对于某一个次数的高次谐波 它不一定是小 所以说我们真正的控制 我们叫是叫 PFC 这种说法 实际上我真正的目的 还是前面讲的要把高次谐波控制到手 每一个高次谐波所控制到我们 能满足 IEC61000-3-2 这个标准的要求 所以这一点大家注意一下 那么特点是这么个特点 所以说我们讲它的影响影响是什么呢 比如说我们做这个 CCM+DCM 这种模式 或者是我们就叫 CCM 这种模式 那么它 PFC 电感就在这个地方 他工作的时候呢 它的纹波呢是在一定的小的范围之内 并不是所有的都是纹波 那么对于 CRM 呢就是所有的都是纹波 所以说对电感这个设计的时候或者选取的时候 你就会发现 在这种情况下要控制我们 当然要控制纹波的含量 那么一个很大的电流情况下 这个电流变化率变化的这个峰峰值很小 那就是什么是我们这个电感量 一定要选得比较大 所以说我们做连续模型 CCM 的时候呢 你用的电感量实际上都是要比较大的 要不然这个纹波就显得非常的大 那么在这种情况下呢 其实还有一个快恢复二极管的问题 快速二极管问题是什么 就在这个地方二极管 那么为什么讲是快恢复二极管呢 其实我们从这个波形可以看到 当它导通的时候 就是这个管子导通的时候 实际上是我们把这个电压 强行的加在了这个 PFC 在电感上 那么这地方是对地短路的 那么加上去之后呢 它在那一瞬间就是从某一个电流的 小的电流值开始电流往上爬 爬到最高的时候呢 我们认为这个对电感里面储能够了 所以说就把这个管子关闭 关闭的那一瞬间 其实它的电流是达到这个三角波的顶点 就是这三角波顶点达到顶点的时候呢 突然关闭了 关闭了我们电感里面是有电流在跑的 所以电感的电流我们知道是它是连续的 它不会跳变对不对 那连续的就意味着什么呢 它一定要往外流 那既然这边流不过去 它会强行往这边流 往二极管往这边流 所以说呢这个时候二极管被强制导通 哪怕是外面的电压比这边的高 就是说我们关闭的时候是零嘛 这电压然后那一瞬间可能会升上来 那最终是要想导通 导通是什么意思呢 就是 Vf 为零 理想的时候 Vf 为零 也就是这边电压等于这边电压等于输出电压 所以说呢就是关闭那一瞬间 这个电感的这一头的电压 会瞬间由于它续流的作用 瞬间把电压抬起来 抬到了跟这边输出电压一样 所以说这是它的一个工作过程 那么一直这个电压 输入电压肯定是比输出电压低了这种情况下 那么它一直给她往这边流电流 实际上是给电容充电或者往负载放电 然后放到一定程度呢 因为电压实际上 是加在这个电感两端电压等于这边高 右边的高左边低那么这个时候呢 这个电感呢实际上加了一个反电压加在上面 所以说电流呢虽然是往一直往右边流 它实际上是逐步在下降 反过来电压 是一直在下降 那降到一定程度 比如说在这个地方 降到这个地方 认为这个能量放的差不多了 所以这个时候呢要把这个管子再次打通 大家注意这个问题 那么她刚才是二极管 一直往这边电流续流是吧 虽然电流很小但是它不是零了在这个地方嘛 不是零也就意味着电流很小 还是往这流的 往这流的过程中 这个 Vf 当然是通的是吧 那么一瞬间这个管子直接对地短路了 那这样一短路出现什么问题 这个电压马上掉零了对不对 那这个还是 400V 是吧 也就是二极管马上来一个反压 但是在反压之前 其实二极管是正向流的 它会需要形成一个反向的电流 就是很大的一个电流反过来流 才能形成这种绝缘层的 所以说那一瞬间呢快恢复的效应 就是一下子就把它恢复了 恢复到这个隔离这种状态 就是两个不导电的状态 那么否则的话电流就会往下灌 所以说它通过一个很大的电流 往这边流的时候呢 那么形成了这个很高的一个绝缘 那么二极管就截止了那这个过程呢 是瞬间大电流往外灌的这个过程呢 是对我们整个的工作非常不利 它会形成什么 形成 EMI 的问题 就是瞬间的 dI/dt 非常大 当然呢这个管子的发热也非常大 所以说我们要用比较好的快恢复的二极管 来做这个地方 所以说这个是我们连续电流模型的 一个非常重要的特点 那么如果说我们临界的那就不存在这问题 为什么呢临界的电流 我刚才讲了一定要到零 也就是说电感的电流往下降 降到了零什么意思 就是这个 Vf 没有电流往上流了 没有电流流的时候那它就是半导体 没导通是不是 那么这个时候呢 底下他实际上没有这个 那个大量的这个电子的 那么也就是说它降到零的时候 这两端是没有电压的 没有电压那么也就是说 没有大电流往下流的时候 实际上它就不会积累了很多的电荷在地方 那么它这地方它自然是截止状态 就是这个二极管是个截止状态 所以截止状态的时候 这边对地短路反过来加高压 实际上这个部分呢 反过来反抽的电流就非常的小 所以它就结果呢导致 这个二极管的快恢复的要求并不高 而且没有很大的 dI/dt 的时候呢 EMI 也会好 二极管的损耗也比较小 所以这是临界模式或者不连续模式的优点 所以这个呢非常重要 这一点啊是希望大家能理解 如果不理解的话 我们去看一下二极管的这个基本的原理 那有的工程师会讲 我现在我用的是碳化硅二极管 不是你讲的那个少数载流子 我是多数载流子 不存在这种效应问题 就是没有快恢复效应 那么是不是会就会非常棒呢 就会解决这个问题呢 其实呢是当然会好一些 但是这个问题依然存在 为什么这么讲呢 其实我们就算是没有 SiC 碳化硅 就是没有这快恢复效应 其实呢这个二极管它是一个结电容 在这的 蛮大的一个结电容 有的是几十皮甚至上百皮的那个电容 相当于并在这两端 那并在这两端你要知道 如果我把这个电容实际上是 导通的时候为零 那么这个一短路的时候 等于瞬间给它这个电容充电 所以反过来从这个输出电压 给它这个二极管的电容充电的时候呢 那么实际上对地短路 那么实际上对地短路 这个反过来充电电流也非常厉害 那么虽然二极管这时候形成的损耗并不大 没有快恢复的那个过程 所以损耗并不大 但是它依然会存在很大的 EMI 的问题 就是说很高 dI/dt 的变化 所以在这个回路里面会产生高频的震荡 所以这是即便用碳化硅它能改善 但是也不可能是消除这种影响 所以这是连续模式一个非常不好的一个特点
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


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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