2.5 (二) 常见PFC电路和特点(5)

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那我这地方呢是一个比较典型的 就是说带中点嵌位的一个三电平的方案 那这个呢就是我们常见的 Vienna 的 PFC 我们来看这个 Vienna PFC 的结构 他是这样的 就是说我们交流的在这 它把一个整流桥实际上放在这个地方了 这个相当于一个整流桥换向的 中间是一个开关 不管你正半边还是副半边 它都是高频工作 这个地方是快恢复二极管是吧 然后这个可以续留就是等于回过来 那它为什么三电平呢 它可以说正半周 它是往这儿工作上去 这个是高频高频工作 然后呢是给这个电容充电 负半周呢反过来可以给这个电容充电 所以说呢它可以实现 比如说我这个 400V 这也是 400V 800V 的升压 那么也就是说我 220 进去了之后 正半边工作是这个 400V 副半边是给下面 400V 工作 那具体电流倒来倒去 我不仔细介绍了 那大家仔细去倒 那么它的好处是什么呢 用一个开关管就可以实现这个 正负半边的换向 那么缺点是大家也看到了 里头有一大堆的二极管 你说你做了无桥的 其实它也是一个桥在这 所以说它的损耗肯定会比较大 那我们比较勉强啊讲它是无桥 PFC 我们可以讲它是有桥的 那个三电平的 PFC 那么讲到三电平的时候 后面我会讲它的好处是什么 现在我不讲了 那么这个电路 实际上我们在这个电路上做了一个改进 因为这个电路效率显然是低的 因为二极管压降肯定大 就是电流流过去 你看经过这么多二极管对吧 再转一圈通过 转一圈比如说从这上面转呢就从这回来了 这样就回来了 然后回到这个上面去 那么如果负边的呢等于是从 比如说给它 它就这边是正的时候他是这么流 电流通过这部分下来 然后再通过这个回来 再回到这个地方上去 所以说它是这么个转的 那么也就是不管怎么说 它每一个回路里面要串好几个二极管进去 那我们这个电路就少了 你看啊我把这个双向开关呢做到这个地方 正的比如说电流呢往这边走 负的反过来走 它也是三电平 对吧 你看如果是正极 那我这边一短路 这边短路了 那么这边假设输入是正向的 那么这个等于是这个电感电流 通过这个短路是吧短路过去 然后这边就回到了这个电网 那么这实际上这个回路就是把一个电感 在这个电源上短路了嘛就充电 然后把它一关闭的时候呢 它自然就往这续流 往这续流上去 这就是快恢复二极管的特点 这个这个二极管 那续流进去 那就实际上是给这个电容充电了 对不对 然后充电这个负载往这拉回来之后 那回到这又回到了这个电源 所以在这个过程中正方向 它是上面这一部分在工作 那反过来也是一样 反过来呢我们这个是负的 这是正的 那么实际上是通过这往这个转下来 就是他还是短路 它一短路 这个是正的正的是在这 他一短路是从这儿流过来 还是给这个电感充电 还是这个回路就是只是方向反过来走了 是这意思吧 那么我再把这么流的呢把这个管子一关闭 这个关闭呢这个电感电流必须续流 它从上面是续不下来的 它强迫把这个二极管导通了 这个二极管导通 所以说给他续留那它电流怎么流呢 它是这边流出去 然后通过这个负载或者电容往这边流回来 关闭的时候就往这儿流了 所以说副半边的时候呢 这是一个高频的二极管 这个是一直是截止的 就是通过这个开关开关这个是高频二极管 就是他副半边在跑 实际上它是正半边副半边这么做 就是它这边是升压 400V 这边上也是 400V 相当于这个意思 所以说那么这样跑的时候 你会发现整个回路里面只有一个二极管 所以它就可以把它理解成无桥了 当然呢其实这个二极管我们也可以 用一个场效应管或者 IGBT 来替代 可以做的完全短路掉 那么这个是真正的无桥了 所以说这个呢 是我们现在目前用得非常普遍的 一个类似于这个维也纳结构的改进型 实际上是这么个意思 那这个效率就会明显高很多 当然如果你把二极管换成场效应管 那就有一个要注意 或者二极管换成 IGBT 就有这个问题 就是这个里头的寄生的这个寄生的二极管 它实际上快恢复特性特别差 所以说你如果让他有个大电流往上跑 那么这个时候再突然反过来的时候 那个快恢复电流就非常厉害 管子发得非常厉害 损耗很大 所以说如果在这种情况 往往我们希望它在反向的时候 之前这个电流已经是没有了 做成这样的控制 如果能做到这一点 那这个换成这个场效应管 或 IGBT 就非常棒 那么这个跟我们电路控制模式 比如说我把它改成不连续模式等等 那么或者是说这地方谐振了 那就是会非常的有高效 而且EMI也非常的好 这是后续的问题 后续我们继续介绍 那么这地方呢我们去讲就是说 全单相电路三相 PFC 是吧 上面呢我们这一系列刚才讲的全是单向的 就是说单相单路的整流的那个 PFC 那么这个是维也纳的单向的单路 而且呢是那个三电平的结构 那么这个呢也是三电平的结构 那么我们讲到三电平 有一点我要介绍一下的是什么呢 为什么我们大家采用三电平 电路复杂了那么多 为什么在这个基础上要改三电平 其实三电平有个非常大的好处 就是在大功率应用的时候降低成本 为什么这么讲呢 就是我们大功率的时候 这个电感电流就非常大 控制一个比较小的纹波呢 那个电感量又很大 所以说呢这个时候这个电感就非常的庞大 尺寸非常大非常贵非常昂贵 所以电感呢往往在我们 PFC 里面 占据一个非常重要的成本 那么有没有办法把这个电感 做的比较小一点 非常的小 而且还能达到纹波很小 那这就是我们引入一个三电平的概念 就是不用交错并联也可以用三电平的概念 就是不用交错并联也可以用三电平的概念 那么我们这么看 如果我这个总线呢一定是要 800V 的 就是高压的 我后面的逆变器可能需要 800V 那么我如果用单路的把它直接升到 800V 那这个电感量会非常的大 功率也大 因为这个压差非常狠 所以说呢这个电感就非常大 那我做到 800V 的时候 我用这种方式呢实际上 是相当于我们正常单向的 400V 的升压 这半边也是 400V 那半边也是 400V 也就是我这个电感上承受的反向电压的时候 这个电压也是 400V 那么我 800V 的输出我只加了 400V 是不是只加了一半 那这个地方 800V 的输出呢 800V 都加在这上面那就是一倍 所以说加了一半的时候 我要达到同样的输入纹波 是不是电感量可以小一半了 就这个概念 也就是说电感量比这个电路要小一半 所以说我电感量会小很多 就是说这尺寸会小很多 实际上我们就是要用它的这个特点 也就是说我一定要把它升压成 800V 的时候 我用这个电路的话 这个电感量是巨大 用这个呢小一半了 体积就非常小 所以这是它的好处 那么我们尤其做三相的输入的时候 底下这个三相输入的时候 这个地方一个三相全桥对不对 实际上是三相整流桥 那我整流桥导通的时候 我把它变成了这个 IGBT 短路就好了 不导通的时候我就把它关掉 就相当于一个全桥整流 实际上是这个意思 但是我如果说在整流的过程中 我让另外一半开关高频的一会短路 一会开路一会短路一会开路 就是让它储能 然后反向续流 那么就形成了一个 PFC 的机制 一个升压机制 所以这是一个比较传统的 三相全桥PFC 我们把这个结构引入到这里头 那就变成了 真正的三相维也纳结构的 PFC 但只不过是管子特别多 但是好在哪呢 这个功率管子只有三个 驱动起来比较简单。 那么这个呢就是为了进一步提高效率 把它换成了这个这种结构 那效率就会很高 其实表面上看上去呢 这个开关管多了一倍 跟他多了一倍 好像是很复杂 其实呢我们知道这两个管子 是这个通这个就关 它是正反向驱动的 所以这比如说 turn on 的时候 这是 turn off 所以他他加一点小死区就好了 那么这样的话呢 实际上我们驱动信号 拿一个信号驱动它就是可以的 那一个信号的话 其实跟这个是一样的 所以从我们那个驱动的控制角度来讲 其实呢并没有复杂 就是你这个是多复杂 它就是多复杂 它多复杂它也是多复杂 都差不多的 是这样子 只要把这个导通弄清楚了 那么这个电路上并不是复杂到哪里去 其实还是三路驱动 实际上是这个意思 那么这个用法呢现在非常的普遍 效率也非常高 很多充电桩 比如 15kW 模块 很多是这种方式非常的多的 那这方式效率就低得多 而这个方式呢 往往我们可以用比较低的频率 为什么比较低的频率呢 比如说我升压的时候 我如果用这种方式 它是两电平的 为什么呢这是 800V 所以这个电感呢加上去呢 会达到 800V 都加到这个电感上去 那这个方式呢 它就是 400V 400V 加上去的 所以说它就会比较 电感量就会比这种方式要低得多 那既然电感量低的多 我不让它低的太多 我把频率降下来是吧 那频率一降下来 我就可以用 IGBT 做管子 那么比如做 40k 的频率 或者 30k 的频率 那我 IGBT 驱动做的时候 实际上这个这个电感量并不是特别大 那么这样的话呢 这种结构呢就变得非常的又便宜又效率高 而且成本就是尺寸又不是很大 所以这个呢比较广泛得到应用 这个大功率的应用三相 比如说充电桩里面就比较大的 大功率用的时候会有这样的方式 所以说我刚才讲的三电平和这种 和这种电路啊和这种三相电路的结合 这个是这样的 非常普遍 那么我们第一部分呢就讲到这儿为止 谢谢大家的收看
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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