5.1 (五) - CCM PFC电路设计计算(1)

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评论 收藏 上传者:hi5
各位电源工程师,大家好 我是邵革良 我们现在开始进入我们这次 PFC 电源培训的第五讲 CCM PFC 电路的设计和计算 那么同样的道理 我们这次 CCM PFC 电路设计计算 我们也是用一个最简单的单路的 PFC 作为例子来解来说明 那么我们看啊 这个图上面我们这部分就是一个单个的 boost 就是升压电路 那么底下呢这部分呢跟前面的 CRM 一样 也是一个三角波 整个电流波形是这样的 电感的三角波波形 这边是流过开关管的波形 这个是流过二极管的波形 只不过跟前面 CRM 不一样的 东西是什么呢 我们前面 CRM 呢必须这个点是零 必须从零开始爬升电流 那么最后降到是零为止 而我们 CCM 是连续的 所谓连续的就是这一点肯定不是零 是一个直流某一个直流分量 那么我们假设 它这个是一个 I0 也好什么也好 就是说我们脑袋里面有印象 这条线不是零 是某一个电压 这么一个电流值就可以了 那从这个波形来看 就相当于我在这个黄颜色的部分 取出来这一段波形 也就是说这个底下这个点就是 我们这条线这黑线的这样点 那实际上呢我们这个点是很高的 并不是为零啊电流不为零 所以就把这个印象呢 我们先建立起来 那么既然是这么一个电路 我们连续模式 前面我们讲到连续模式的特点 特点里面呢当然最显著的就是所谓的连续 就是这个每一个点 原则上我们每一个电流的这个底 就是电流的这个谷底啊 谷底值都不是为0 当然这个最后这一点肯定为0 那么中间我们假设它都不是0 按这种条件 我们来做这个计算这个公式的推导 好,我们看这上面这个公式 这一部分呢是我们输入电压的有效值 输入电压的有效值是指正弦波的有效值 正弦波的有效值等于峰值除以根号二 这个我们不用多解释啊 就是说这个幅值除以根号2等于有效值 因为正弦波嘛 这个电压 就是这个蓝的颜色就表示输入的电压的波形 输入电流的有效值等于什么呢 我们同样做了一个近似 就是说因为我们这都是三角波 我把三角波这个峰峰值除以二 就得到了这个类似这一条这个红颜色的线 它画得不一定好 这个底下其实并不是在中心 其实我们画的话应该是 在这个三角波的中心位置 有1/2的这个峰峰值 那么这样的话呢 就把它当成了我们的滤完的 如果这个足够小 那么就是正弦波的有效值 所以这是有一个近似 所以说把有效的这个这个地方的有效值 那么我们取了一个平均值 那么除以根号二 那么就等于这个是真正的有效值 实际上是这个地方取了个平均值 那么我们输入功率等于多少呢 就是两个相乘 相乘乘起来之后 那就等于把根号二乘平方之后就二了 那么就等于输出功率除以效率和 PF 这个概念是一样的啊 就是我如果做一个 3000W 的 PFC 那我这地方写上 3000W 这个假设是 我的效率是达到了98% 那就0.98 我 PF 可以做到0.99级 那我就写上0.99 计算的时候不差那一点点 误差问题不大的 那基本上是这个意思 当然了,你说我一定要校正 那我效率多少就是多少 那你把这个做出来 那个 PFC 的真正的效率写在里头 跟你计算肯定是吻合的 还有这个地方 因为我们是连续模式 所以连续模式呢 前面我们讲过这个占空比 就是等于输出电压减去输入电压的最大值 就是这一点的最大值除以 Vo 我这边讲的都是指这个电压的最高值的地点 这个正弦波的峰顶啊 这个顶的地方的这一时刻的这个计算 因为我们为什么都拿这一时刻来计算呢 因为这个时刻是我们最关注的一点 电流最大 我们的管子的应力压力也好损耗也好 都是最恶劣的情况 所以说我们一般是取峰值来计算 算完之后峰值都没有问题的 其他自然就没问题 同样的道理 就是这个 Δ 就是说这个电压的变化率 我们前面的临界模式呢是指最大电流 因为它就是从零开始的 所以说我们连续模式呢 因为它不是从零开始的 所以我们取了这个三角形的这个峰峰值 就是电流的变化 这个变化的这个幅值那等于什么呢 等于这个输入的最高的这个点电压 就是把它短路的时候等于 输入最大电压加到这个电感上了 那么对地短路 那就给它充磁或者是储存能量 这时候电流是往上涨的 那往上涨的时候呢 它就是等于说我们为 Vin 的 最大值除以电感量 乘上 Ton 对不对 Ton 就等于 D 除以频率 这个时候跟临界模式 有截然不同的是什么呢 临界模式往往这个频率是 需要我们去计算的 到底是多少不知道 因为控制芯片里面没有 把你这个频率固定下来 它不可能固定 固定的频率就没办法用 CRM 的 那种控制原理 所以说连续模式呢 我们往往都是把这个频率固定下来 当然有些单片机控制的时候 你可以故意去调节频率 改变频率都是可以的 但是它的控制模式实际上是固定频率的控制模式 所以这个频率是我们所知道的 我们想要多少就多少 所以说那么这就相当于 Ton 所以说它的变化率就这么多 那么这一部分呢 因为功率我们可以把它求出来 把这一部分的电感的有效值 或者电感的平均值 最大的一点的电感的这个值到底是多少 把它求出来就是把它倒过来 就是两倍的输出功率除以这个效率和 PF 再乘上输入电压 这个最大值这点的电压 实际上我们电感的有效值 就是这个最大的这个地方的有效值 或者是平均值就这么多了 那么所以说我们算电感的最大值是多少? 也就是把这个电流加上1/2的 Δ 那么就是这个峰值嘛 就是这个地方 我们前提是这个地方的值是等于它的一半嘛 就是把峰峰值这一部分1/2的加到这 就是把这个平均值 算到这地方再加上1/2的电流 那么就是这一点的最大值 所以我们往往考虑 就是说我们这个 PFC 电感 我需要多少电感量的时候 往往写的是在这个最高这个顶点的 这个电流的情况下 我电感量需要多少? 所以这样会比较表征的比较好 因为有的 PFC 在设计的时候啊 我们这个纹波会把它做得非常大 所以说你不能取平均值 一定要取到最大值 就这个意思 那么这个电感等于通过这个方式 我们通过输出功率的方式 输出功率知道了 输入的电压知道了 那么我们自然这时候的电感的 最大的这个平均值我们就算出来了 实际上这跟我们工作频率没有关系 那么通过这里的关系呢 我们又可以得到一个 这个有这个三角波这个电流波形 就是 ΔI,电感对 ΔI 的关系 那 ΔI 呢 把这两个式子整理出来 就得到这么个关系 也就是说我们输入的最高点的电压乘上 这个输出电压减去输入最高点的电压 除以电感量 然后除以这个频率 再除以这个输出电压 频率是我们是已知的 电感量我们一旦选定了已知 输入电压是我们所要的380也好 400也好 已知 所以输入电压我们也已知 220的时候的峰值就是在311 那么这些都是已知的 所以是 ΔI 自然就知道 只要我们选择呢固定的频率 ΔI 就知道了 电感量和频率定下来的都知道了 就是那么通过这两个公式呢 我们就得到了一个下面的关系 下面什么关系呢 就是流过这一个电感的有效值是多少 流过电感的有效值呢 我们分两部分 一部分是低频的 就是 50Hz 或者 100Hz 的这个平均值 就是这个平均值的峰值我们知道了 那么它的有效值就知道了 那么也就是这是个低频的有效值 然后呢 ΔI 知道的 这是一个高频的有效值 所以说我们知道有一个低频分量和一个高频分量 两个电流相叠加 那么它的有效值是多少 是低频分量的平方 加上高频分量的有效的平方再开根号 是这么个关系 所以说我们这个电感量啊 电感的那个有效值电流是等于什么呢 这一部分是低频分量的 就是 100Hz 的有效值的平方 然后这部分是高频分量 这个三角波就这个三角波的有效值的平方 三角不有效平方是什么 就是我们按几何的算法 就是这个三角波的有效值 就是等于根号1/12的这个峰峰值 这个我们可以用三角形的去推导 这是一个纯粹几何问题 所以说它实际上是这个公式 最后做完那个按有效值的那个定义来做积分 最后接出来就是根号 ΔI/12 然后平方之后 把根号去掉就是12分之这个平方 所以说我们得到了一个 流过我们这个电感到底是多少的有效值 就这么算出来了 当然我们很关注前面讲的 我们想知道的是最大值 还有一个 就是我这个峰值在哪里 这个峰值就是说我把这一部分的 中间这一条这个点找到了之后 再加上1/2这个 那就是1/2的 ΔI 那为什么要算这两个东西呢 其实这两个东西是非常非常关键的 就是说我们做 PFC 的设计的时候 其实我们就想知道我这个电感到底 选多大的电流的情况下的电感量有多少 那么还有一个呢 就是我如果有效值高的时候呢 我内阻不能太大 太大的话会发热 所以说呢我们必须要知道的是 有电感的流过去的有效值是多少 最大电流是多少 那么当然这个时候 最大电流的情况下的电感量是多少? 那我们知道这三个参数了 实际上我们基本上这个电感设计 就很容易选取了
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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