2.3 (二) 常见PFC电路和特点(3)

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那么临界模式呢这个问题就会好得很多 所以说这个大家要注意 那么开关的器件呢我们往往选择 场效应管 或者 IGBT 对吧 那么什么时候选场效应管什么时候选 IGBT 其实这是跟我们电路的设计有关系 那么如果选 MOSFET 那就意味着我们 可以把开关频率开的很高 也就是说你如果需要很高频率的时候 那么你用场效应管来工作 如果想 IGBT 呢一般到目前为止 IGBT 呢基本上是工在 40K 以内的 超过 40k 那个 IGBT 要非常快非常好的管子 所以说也就是说你用 IGBT 设计 可能这地方电流可以用得很大 但是呢你的频率会降下来 用场效应管呢电流可能不一定很大 但是频率可以设计的开关得很做得很高 当然频率越高呢 实际上这个电感量就会变小是吧 因为这个纹波控制的 一样的纹波的情况下频率高了 当然它这个电感量小了 也能控制到这个很小的纹波 是吧 这个是跟我们这个你所选择的这个器件 和你所选的应用有关系 那么你选择你合适的方式 所以说这个就会相应的对应过来 所以有些时候我们在选择这个电感量的时候 往往并不是为了电感量而去选管子 而是说我们基本上用什么概念呢 我用高频的方式来工作 还是用比较低频率的工作对吧 我是小电流的还是大电流的 看到我的整个的性价比在哪个地方比较好 那么回过头来我们来确定这个电感量 实际上是这么样 那么后面呢我们的计算也是从这个角度来做的 所以说这个是它也就是不同的工作模式 对我们这些几个管子的要求和影响 当然呢用了场管呢 我们有一点实际上非常好 就是关闭可以来得非常的快是吧 关闭的时候因为关闭往往一般 像这种情况都是硬开关 电流特别大的时候突然把它关死了嘛对不对 所以是硬开关 那么 IGBT 呢就有个坏的一点 就是关闭的时候它有拖尾效应 就是它一下子关不死后面还拖了个尾巴 就是有点电流一直在那流着 那这个时候呢它损耗 关闭的损耗就比较大 所以适用 IGBT 为什么频率开不了特别高 是这个原因 在设计使用 IGBT 的时候 往往选择 20k 或者 40k 以内的 那么有些大功率特别大功率的 甚至是只有工作在十几 K 或者几 K 当然有的大 IGBT 模块频率就不会很高 所以我们一定要了解这种大概这种器件的特点 那么最终的取舍 我们设计电路的时候取舍呢 实际上是看我们一个是元器件的损耗 还有一个看 EMI 的影响 那么当然还有它的成本和应用的局限 因为有些功率我觉得特别大的 你就不可能场效应管并了一大堆是吧 场效应管显然在同样的电压和电流的情况下 场效应管肯定贵肯定比 IGBT 较贵的多 所以说这个是完全是因我们的应用 这从这几个角度然后来综合权衡 我们这个电路到底采用 CCM 还是 CRM 当然你要采用 CRM 还有一个情况必须要注意的 因为采用 CRM 所以它纹波电流就特别的大 所以你只选了电感的时候 因为采用 CRM 所以它纹波电流就特别的大 这个电感必须要能够承受 很大纹波电流的时候损耗不是很大对不对 因为采用 CRM 所以它纹波电流就特别的大 那么同时呢也就是说纹波电流特别大 那么同时呢也就是说纹波电流特别大 这个峰值电流 器件的峰值电流就会比较高 所以说这有一些缺点 那么当然这些纹波可能都通过电感 反馈到这个电源的回路里面去了 那么这就形成了我们 EMI 的干扰 实际上就是一个差模干扰 对不对 所以说往往在做大功率的时候 即便是用这个临界模式 我们往往不会用单路的临界模式 单路的纹波全部从电网里面拉进来 这个我们前面的滤波器就很复杂了 所以说这里头呢往往会成交错并联 那么后面我们有这样的实例 下面我们再看这个 就是说单路的 PFC 和交错并联 刚才讲到交错并联总讲到交错并联 其实我们从这个波形能看到 这是一个比较特殊的一个现象 就是说我们把这个单路的 PFC 我把这一部分再拷贝一部分过来 就变成两路 对不对 就是两个 PFC 电感对吧 两个这个开关管两个二极管对吧 那么这种情况下呢之后呢 我假设它上面是绿颜色的电流 底下是红颜色的电流 那么交错并联了 那么我把他两路并联的时候 我选 180 度相位 就是说从这个地方到这是一个周期 然后它一半的地方呢是从这儿开始 那么到这是一个周期 就是刚好一半的周期的时候呢 进入下一个通道的开通 所以这种方式呢 180 交错并联 然后呢它这是一个状态 就是说我们两个电感电流波形呢是这样的 就是纹波比较大 然后把它合成 合成是什么意思 就是从输入的部分来看 或者从输出对这个电解电容来看 那么它只是在这个等于并在一起了 两个电流加在一起 或者这地方并在一起 两个电流加在一起 加在一起的时候会发现就是黑颜色的 也就是纹波就会大幅度减小 这是一个特点 然后它纹波这两个电感量加起来之后 电流是上去了 纹波大幅度减小 那这一下子就我们非常希望 实际上看单路的纹波大就意味着什么 单路的电感量小是不是 那么虽然两个单路电感量非常小 合成了之后呢其实纹波还是很小的 那么也就是说可以来替代这个单路的大电感 来做这个纹波很小的这种情况 那么这样的话呢 实际上这个电路呢在大功率应用的时候 这个电感两个电感加起来 肯定比这一个电感要便宜的多 体积要小 那么缺点是什么呢 电路复杂了是吧 多了一套电路 多了一套驱动 所以说这是它两个有本质上不同的地方 那么什么时候我们用单路的这个 Single Boost 那么什么时候用 Interleave 这个 Boost 因为 Interleave PFC 呢实际上 有我们看这两种情况 其实我什么时候用呢 就是取决于说到底还是一个性价比的问题 如果说你的功率特别小 总共才几百瓦或者是几十瓦 那如果你选双路的就意味着什么 意味着你这个电路非常复杂 我就算一个电感把它变成两个了是便宜了不少 但是这个其实并不贵到哪去 单个电感 然后呢纹波做小也不难 因为我功率小的话频率可以开很高 电感量本来就很小 所以这个时候呢相反你的电路复杂了 对成本的影响肯定更大 我们往往一般来讲就是说这种交错并联 是为了实现更大的功率 就是更大的功率的时候用它比较好 那么从我个人的体会来讲呢 我是什么时候怎么来判断它是交错并联 还是不交错并联 其实我要看我们所选的器件 比如说我这个电路里面设计 我选的是 TO-247 的这个管子 那么如果我一个 TO-247 的管子 我所工作的这个功率呢 基本上就够达到要求了 那这个时候呢我如果选两个 TO-247 来分担的话我实际上就不合算 我一个就能解决了 那这种这种情况下我往往是用单路的这种功率 那么如果说我功率比较大 我就算是用一个这个 TO-247 的管子 来用在这个地方 我发现功率肯定不够 所以我这地方需要两个管子并在一起 当一个管子用 那这种情况下两个管子并在一起 它驱动信号是一样的 那我不如说把他两个 反正是要用两支管子 那我就把它分开启动个各差 180 度 既然你这个用两个管子 这地方基本上也是两个管子的 所以说我把它分开 实际上我的器件并没有增加个数 那这种情况下我倒是比较推荐 用交错并联的方式 这样的话因为器件没有增加 我原先还是用四支管子 现在也是四支管子 那么我只是把一个电感变两个了 那这个优势就非常的明显 其实往往我考虑的时候呢 一般是考虑我的器件有没有增加 如果器件不增加 个数不增加 那么单路的单个器件的那我用单路 如果两个器件的我就用两路 三个器件呢最好你用 180 度那就更厉害 那个电感可以做得很小 那么我们看右边这个波形 这是一个实测的波形 这是我用了一个 350uH 30A 的电流的时候 能达到 350uH 的电感 一个双电感 然后呢把他工作在六个千瓦的一个电流 这是整个的波形 那大家看到这是大家有个印象 就是说我这个绿颜色的实际上 是我们滤波器的输入端 也就是说我们电网进来的 正弦波就是被滤过了之后 即便是滤了之后 你看着有些地方还是有些疙疙瘩瘩的地方 实际上还是有点小纹波的 但是已经比较干净了 EMI 就会比较好 那么这个紫颜色的是什么呢 是我们整流桥就在这个地方 整流桥整流之后的这个电压波形 所以说它就是半个正弦波 半个正弦波 然后把它这是反半波 半个正弦波 然后把它这是反半波 然后翻上来了 实际上如果不翻上来 就是往下走了嘛 所以这是电压波形 那我们的目的是什么呢 我们的目的就是想把这两个电感 合成之后的这个电流波形 让它完全跟踪这个电压波形跑 也就是说电压波形是什么形状 我合成之后的电流波形 也是什么形状 那 PFC 就达到 1 了 底下这个黄颜色是单个的电感的电流波形 无论是上面还是下面 L1 还是 L2 那么都是一样的 那把这两个波形和在一起之后叠加起来 就得到了这个蓝颜色的波形 这个蓝颜色波形实际上是两个电感加在一起 就 IL1+IL2 的电流波形 所以说从这里头我们就能看到刚才这个效果 就是说这个地方你看最顶的这个地方 纹波这么大 叠加之后纹波肯定是小了一块 但是并没有小到很多 没有我这个画的那么玄乎 这个地方是好玄乎的 那我是故意挑了这么个地方画 其实呢你看这个地方是很玄乎的对吧 这两个点纹波几乎为零的 对不对 如果我画到这个位置取出来的 你看纹波这么大就变成这么小了 如果画在这 那你看我这个就不是玄乎了 实际上我是大概是取得这个位置的波形来画的 所以这是这个情况 那么什么时候他会变大什么时候变零 后面呢我再给大家介绍 这样这是给大家一个印象 实际上通过这个印象 你就会发现用很小的电感的单路 叠加起来的纹波实际上变小了很多 很漂亮啊很干净 这是给大家一个交错并联的印象
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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