5.2 (五) - CCM PFC电路设计计算(2)

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下面呢我们总结一下 总结一下呢 其实我刚才讲的 其实我们做 PFC 比如说单路的连续模式的 PFC 电路设计呢 我们最关心的是什么 就是说这个电感 在最大的 Ipk 就是峰值 在这个顶点上 在这个位置的顶点上 这个电感量需要多少 这是我们想知道 那么第二个呢 这个顶点到底是多少电流 这个顶点到底是多少电流 然后呢即便是知道它了之后呢 因为我必须要输出很大的功率 在很大功率的时候呢 我跑过这个电感线圈的时候的有效值是多少 其实我们首先是想知道这三个量 那至于这个电感量由什么来决定呢 好,我们看这个公式 这个呢是平均值 比如说 iamp,这是表示平均值 就是这个峰值 就这一点叫作 就这一点叫做 iamp 就是把它平均值了 最大的点的平均值 这个 P 是 peak 的意思 就是 am 是表示幅值 那么这一点呢,是最大的电压 我们再取这一 还是取这一点 把这个波形给它放大 那么我们会得到这么一个关系式 我们首先是这一点的电流是多少 我刚才讲的 按输入功率来算是吧 那么可以得到这么一个关系是不是 这个 VAC 是等于说 比如说 220 就是 220V 是吧 那么在这种情况下得到这个关系 也就是说这条线呢 在这个点我们是 电流是通过功率算出来的 电流是通过功率算出来的 那么电压呢 当然就是我们的幅值电压了 这是有效值乘上根号二了 那么这个呢 是我们算这一个点的占空比是吧 我们前面那个讲过 这个占空比是通过这个来推导出来是吧 那这个呢是我们的 △i 是多少是吧 这是 △i 都是我们上一个 PPT 讲过的 就是前面的 PPT 的这意思 那问题是我们不知道电感量我选多少合适 那我们引入了这个 γ 这个概念 γ 是什么呢看这个图 我们假设这条线 蓝的这个圆弧形的线 是指这里头这个红的线 就是说它的平均值 或者是它这个电流的有效值 不是真正的有效值了 是这个低频的一个有效值 就是这个轨迹 那么我们最关注的是什么呢 就是我设计 我们设计 PFC 的时候最关注的是什么 关注的是我的纹波不要太大对不对 纹波如果是可以足够大 电感量就很小 那纹波大了之后呢 会出现什么后果呢 就是一个我们的管子的峰值电流就大了 这是一方面 会引起损耗的问题 或者选择管子会选择很大 第二个问题是什么呢 就是这个纹波的电流 实际上是从电源线上拉进来的 我前面可能有 EMI 滤波器对不对 EMI 滤波器干什么呢 就是想把这个纹波给去掉 因为这个纹波频率很高 比如说我们用 20k 的频率 虽然 20k 对 EMI 不产生什么关系 但是你的高频分量肯定是存在的对不对 高频分量你进到 150k 以上 就变成了传导的干扰对不对 所以说我们传导干扰 无论是差模的共模的都是要抑制掉的 那么也就是说 我们不希望把这个纹波做的太大 太大的话呢 那个 EMI 滤波器如果滤不干净 那就变成了差模的传导干扰 所以说呢我们实际上做 PFC 就是要控制这个纹波不要太大 那我们用什么方法来表征呢 就用这个 γ γ 是什么呢 就是我这个峰峰值对吧 除以这一点的 这个顶点的这个有效值的幅值 或者是平均值 这个顶点的平均值 那么把这个参数呢定义成 γ 所以说这个是跟我们什么相关 跟我们 EMC 相关的 如果它太大了 我们 EMC 滤波器 可能就要做的比较复杂,对不对 那么要么就是你那个 最起码差模干扰可能就搞不定 就有这个问题 所以说这一块呢 是跟我们 EMC 相关 所以说一定要对 △i 呢 并不是要做得很大 所以说由这个来决定 我们这个电感要选多少 实际上是这么概念 那么刚才也讲过了 电感流过电感的有效值 那就是开根号对吧 这个是平均值的平方 这是低频的分量 加上高频分量的平方是吧 然后这个是这样 那么我们实际上呢 PFC 的设计呢 我们就是要先推导一下之后呢 要得出这些概念 就是一个是占空比是多少 通过占空比呢 我们算出来这个需要的电感量是多少 怎么算呢 刚才说了半天其实没有算对不对 那么我们一般有经验 比如说我做个 3kW 的 PFC 或者一个 1kW 的 PFC 这个我们一般是这么考虑 就是我这 γ 是选 20% 还是 10% 还是 15% 还是 30% 如果你选择30% 是比你前面 EMI 滤波器 你要把这个差模量要进行滤波是吧 X 电容可能要选的比较大 然后或者是要加一个差模电感 也就是必须把它滤掉 否则的话你电网里面进来的差模的 EMI 会有问题 那么如果你选的 5% 是吧 就假设这个 γ是 5% 那你可能不怎么滤它就够了 EMI 那个差模的部分解决掉了 那缺点是什么呢 5% 你当然需要电感量很大对不对 那么这个时候成本就增加了 其实这是一个折中 没有绝对的好和坏 所以说完全按照你自己的喜好 所以说你如果说把这个电感量选大了 那你 EMC 那边就比较简单一点 就是那个差模的干扰就比较简单对吧 那么相反呢 你那个这个选大了之后呢 简单那个成本就会增加是吧 电感量就会做大 那么电感你又不想做那么大 电感做的比较小 电感量比较小 那么你前面滤波器的压力就会加大 实际上是这么一个关系 那么有一点呢我要提醒大家 就是说有很多工程师就是注重在前面 就忘了后面注重后面就忘了前面 也考虑问题很少去考虑这种综合的考虑 什么意思呢 在设计 PFC 的时候它要强调的成本 我尽量把电感量缩小 我的这个场效应管或者 IGBT 我是承受得了的没问题的 所以纹波做得非常得大 做得非常大呢他又不加以滤波 就是说在电感的前面 它可能是一般是有 X 电容 或者是有这个薄膜电容 或者是有这个薄膜电容 那么也就是这些纹波尽量从电网里面拿出来 而不要从电源线上拿出来 电源线上拿出来就产生了干扰对吧 产生了 EMI 的问题 那么他说 那我也可以在电源线进去之后 我还有别的 X 电容 我可能两级滤波几级滤波 那么我在那里头拉也是可以吗 当然是可以的 问题是什么呢 就是你前面有 EMI 的共模的线圈对不对 所以说你这个差模的信号 高频的大电流信号呢 你通过共模线圈去跑 那共模线圈里面 就人为地叠加了一个高频的差模的大电流 那这个时候呢实际上对 共模线圈的损耗会造成威胁 那它损耗也加大了 发热就上去,对不对 电流越大了,它很容易饱和 所以说实际上呢 EMI 效果就会非常地显著的下降 所以这是一个平衡问题 比如说讲到这呢就多讲一点 那么后面呢 EMI 的问题可能会 我们会提到一些怎么去解决这些问题 但是所以我提醒大家 就是选择这个 γ 的大和小 虽然是按照你的喜好去做 但是也不要走的太极端 当然有的工程师可以有人说就是为了极端 为什么呢 因为我极端了之后 可以产生很多别的好的效果 只有那个坏处呢 我在哪个地方是可以忍受的 那你这样的设计也是非常独到非常棒 那么比如说我举个简单例子 就是我时常会把 CRM 这个电路拿来做大功率 CRM 那个纹波就非常的大对不对 那我即便是做了 interleave 就是交错并联的 它纹波其实也是很大的 那么但是呢 我选了这么大了之后呢 我可以把后面的那个 软开关 做成那个快恢复的那个二极管 基本上就没有快恢复效应啦等等 把这些好处呢把它利用起来 然后把压力呢交到一部分 EMI 滤波器去解决 那这也是一个办法 就走到另外一个极端的时候呢 我可能选择这个电感都会变化了 整个电感就完全采用另外一种思路来设计 可以把电感设计得非常的便宜 效率做得非常的高 那么压力呢 有一部分是转交给 EMI 滤波器那部分 那么那一部分呢 我可能加一个差模的小电感对吧 那么等等 和做一些改进 那么调解了一个非常好的综合的这种平衡 那么就可以设计出一个非常有竞争力 非常独特而且高效的这种 PFC电路 所以这也是一种取舍 所以说总之呢 只要我们脑袋里面非常清楚你要什么 哪些地方会产生问题 那么在哪个地方我可以解决这个问题 那么你那些怪怪的想法 可能都是非常棒的创新 所以我觉得我们最重要的还是要理解 我们最基本的这些概念 那么我们还是要关注 我想要什么和不想要什么 CCMPFC 电路的设计呢 其实就像我们现在看到的这样 非常的简单 也没有什么太复杂的深奥的原因 只是我们要把它基本概念 在脑袋里面弄得非常清晰 那么这么去计算就可以了 那么这一讲呢我们就到这为止 谢谢大家
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CCM、DCM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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