3.3 (三) 常见PFC电路和特点(3)

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评论 收藏 上传者:hi5
还有一种部分开关的方案 这个也是非常的这个有意思 非常的有意思 什么意思呢 因为我们前面讲的是用硅钢片做 用硅刚片做的时候 它功率如果做得更大 它就很难去处理这个事情了 因为功率大了之后 电感量就不需要那么大 就要小 所以说呢功率小的时候电感量就要大 所以说呢它呢能解决一定的范围 它不能解决很宽的范围 所以说呢我就发现有些公司 又在这个基础上进行了一些改进 当然这个改进 我觉得这个思想还是来源于日立 因为我当初看到这个方案的时候 还是日立的工程师在干 那么他是怎么个思路呢 就是他把我们高频PFC 的概念引进去 但是又把这个廉价的 这种高次谐波改善的这个部分开关的思想 又引进来 它是两个做了一个组合 比如说功率大了之后 他一定要把电量做小 做大了之后它有什么缺点 成本肯定高 电流那么大 你要绕很多线圈又不能饱和 所以说他是想把电感继续减小 但是又要用那种部分开关的方案 那它的思想是这么来的 我发现呢他是把这个低电压输入的时候 电压很低 这个时候呢他用类似 20k 频率的工作 但是电流很小 大家看啊这个电流其实并不大 那么由于这种情况 用硅钢片做这种方案的时候 电感量很容易做出来 所以它相对来讲 比如说我们要做一个假设到 800uH 1000uH 50A 的这种或者是 30A 这种电感 可能就会做得非常大 用硅片别做自然就可以做得很小 用硅片别做自然就可以做得很小 但是做很小的时候 我如果真的按 20k 的频率去驱动的时候 硅钢片会滚烫会冒烟的是不是 在小电流的时候呢用高频 就这一段用高频 电流达到一定程度时候 它把它关了 因为我目的不是为了升压 它把它关掉了 所以说它这个地方呢 这个电压呢它进行这个电压的监视 也就是说输出电压并不一定要把它升到 380 300 比如说还是用跟随 比如 310V 就可以 我把这个短路的时候 是给它这个硅钢片的电感充电高频 那关闭的时候 这地方就 300 来伏 它没有跑到 400 伏去 所以说呢那个电压应力也很小 那这个地方肯定有 EMI 的问题 只是说它电流很小 就在这个地方 它不需要很大 它不需要很大 所以说它 EMI 问题不是明显 开关损耗也不是很厉害 那么到了电流大到一定程度的时候 它把它关了 让它自己续流去 就是往里头直接灌电流就是这一段 那么到电流小的时候 控制它波形 通过这个高频的开关把波形给他控制回来 所以在小电流的时候控制波形 电流的时候 还是让它自己往里头灌不工作了 因为只有大电流的时候 开关工作时候 EMI 也厉害 损耗也厉害 那么所有的发热都上来了 所以他用这种方法呢就做到了 既是高效的又是 EMI 相对比较好的 又可以把这个电感量做得很小 电感量做的比较大 而且还是用硅钢片来做这种方案 我说的比较大是比高频方案比较大 就是比那种传统的那个完全的部分开关 肯定要小得多 所以说这样的话非常适合于大功率工作 那这个方案呢也是非常有创意 我认为是非常有创意 他完全打破了我们脑袋里面 比较僵化的一定是 PFC 就是一个 Boost 对就是一个升压就是个稳压这种思想 因为它要真正要解决的 还是把高次谐波解决掉 是解决这个问题 当然了这里头也不是没有缺点 有什么缺点 因为我工作一段的频率 关一段又工作一段 实际上它很容易产生噪音 就是说我们就是说耳朵能听到声音响 所以这个呢是不太好的 那好在哪呢还在空调里面 是外面是有个大风扇 我们室外机都是有大风扇 这个板都是装在室外机里面的 所以这个大风扇转起来已经很响了 他这个地方有点噪音呢不那么明显 然后再加上它在这个做变压器 电抗器这方面呢 要做一些比较好的防噪音的 一种设计手段在做一些折中 所以这个方案呢变得非常有价值 所以说我讲这个意思呢 也是说一定要打破我们不要墨守成规 就是我们是什么 比如说我说 PFC 就一定是什么样的 不要有这个常规 所以说我们要弄清楚你要什么 所以你要什么 把你的要什么的问题解决掉 比如说我们讲的 IEC 的标准清除掉 然后呢要的更便宜 要的是更简单 要的 EMI 我们要这些东西要效率更高 那么你针对这个去做就好了 同样这个思想 那么我们还可以 发生一种新的一种控制的模式 这很有意思啊 这地方我做了一个例子 是用 CRM 来举例 其实 CCM 也是一样的道理 这是什么意思呢 我们做了一个电压跟踪控制 那么电压跟踪控制什么一个概念呢 我下面这有一个表 我假设是我现在是做了一个 3000 瓦的 PFC 升压到比如 380 伏或者多少伏稳压的 然后呢我这个电路 我是用交错式的交错并联的就是两个 实际上画的是一个 实际上是两路的交错并联的一个 PFC 那么用临界模式 那我从这个从这个图上来看 功率因数把它做到 0.99 以上 效率达到 98% 这个时候呢我发现了这么一个现象 我们发现这么一个现象 如果是输入电压是这种情况 我输出电压把它固定在 比如说底下有两种情况 一个是 361V 固定在 就是我升压就不要升到 380 还有一个我升到 391V 就是说差 30V 啊 那什么意思呢 就是我上面这种状态 我们的控制压差是多少 50V 底下是 80V 这时候呢我要去算我的电感量是多少 我要求工作频率都是在 24k 的这种情况 那么我去算电感量是多少呢 算出来我上面的情况呢是用 90uH 就可以 下面的情况呢是要用 133uH 但是我的峰值电流是没变的 纹波的峰值是没变的 就峰峰值啊就是对 ΔI 是没有变的 所以说从这个角度来看 我们就发现这个现象 如果我这个压差 就是我升压不是要升特别高的时候 电感量就可以选得比较小 纹波依然可以控制的住 电感量小对吧 或者是我这个 Vo-Vin 越小 我得到同样纹波的时候 所需要的电感量越小 那么我知道这个现象的话 我能不能这样 我不管你输入电压是多少伏 我把你固定的这个升压的压差都做的不大 那我是不是就可以让它 始终保持一个比较小的纹波 而且还用一个小的电感 那这样我是不是成本就会做得更低 那基于这个思想呢 我们再看这个右边这个图 这个图呢就是 假设我刚开始的输入电压比较低 比如说我是 200V 的 就是说像这个蓝颜色是 200V 的 那我是这样那 200V 的时候呢 我就加它 50V 我把那个稳压就稳这条加到 50V 这个地方是 50V 就是稳到这个绿线上 那么我这时候呢因为我压差小 我所需要的电感量就比较小 所以说我用这个电感 那我当输入电压高的时候呢 那我还是这个电感量的话 我正常的话 比如说我保持一个很高的输出电压 我的纹波就非常大 那我要控制这个纹波 我让他这个输出电压呢高的时候 我也有 50V 就不管低还高 我把它锁定在 50V 上 或者是我们干脆把它锁定在 30V 上 或者是我们干脆把它锁定在 30V 上 那么这个时候呢 你就会发现你所需要的电感量就特别小 也就是说这种方式我是跟随的 就是你输入电压高 我输出电压就高 你输入电压低我输出电压就低 这个高的时候呢输出电压在这 这个低的时候呢输出电压在这 就说你这个电压在波动 我输出电压也在波动 那这种情况下根本就不一样了 我 200V 的输入的时候 比如说那个峰值电压是 280 1.414 嘛是吧 282V 这样吧是吧 283V 这样子 那我比如说我加 30V 280V 加 30V 就是说 310V 也就是说我这时候我 200V 的交流输入 我在 310V 上 那么同样的道理 如果是 220 那我峰值 310 310 我也加 30V 那我就 340 220 的时候我就稳到 340 按这个一直是按照输入的波动跟随的控制 那这个时候呢 我们就可以得到一个非常小的电感 无论是在 CCM 或者 CRM 都可以 用一个很小的电感量来达到 我们一个纹波比较小的目的 所以这就是说我们叫电压跟踪控制 那么这个过程中呢 也是打破了我们一种常规的观念 就是我 PFC 我一定把电压固定住是吧 输出的是 380V 或者 400V 所以说只要 PFC 就一定是这么想没必要 因为我们实际上只要把高次谐波抑制住就好了 那么如果是电压不稳就不稳 我们后面影响不大就好了 这样的话呢就可以做到一个比较有竞争力 我们电感就很小 体积很小嘛可以上到电路板上去嘛对不对 所以说竞争力就会比较好的一个方案 那么这种方案其实在空调里面也是可以用的 只不过说我电压可能我们在波动 那么我们常规的变频空调刚才讲的 部分开关的方式是不是电压在波动 因为他不稳压嘛一直在波动 所以它照样做变频空调对不对 那我同样我把它做成高频的 20k 的频率 或者多少 k 的频率 那么或者 40k 的频率 那我也是让它跟那个常规的部分开关一样 我也是让他电压跟随波动的 只是比输入电压略微高一小块 那这时候呢我的高频电感就电感量就非常小 那么成本就可以控制得很好 就是我既做成高频的我都上板了 就不需要那什么大硅钢片大电感放在外面 那这些方案 都可以有一些借鉴 那么在我们在其他电路里面 其实这种思想如果是能融会贯通的话 其实你好多电路不一定非得要做到 稳压稳到这个地步 那么我刚才讲的是把这个稳压的功能给放开 当然还有很多的电路里面 可能把别的功能给放开也是同样的效果 也就是我们把这个相当于边界条件 相当于我们解高等数学的时候 我们取消它一个两个的约束条件 那么你整个的这个结果就完全不一样了 所以说就可以达到一个你非常期待的一个结果 就可能会出来 所以这就是说某种意义上就是一种创新 所以这就是说某种意义上就是一种创新 就是把我们的这个思路不要僵化不要固化 就是把我们的这个思路不要僵化不要固化 那么我们有关 PFC 的主要的模式 主要的一些电路常规的电路 和它的一些特点 到现在为止呢 我们用两讲的时间就把它讲完了 非常感谢大家的收看 谢谢
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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