8.2 (八) -高性价比大功率CRM Interleave PFC设计实例(2)

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那不好的一面是什么呢 我们看这个 就是它的缺点是 器件的峰值电流很大 刚才讲了哈 从零开始爬到顶对不对 所以说这个我们一个 3kW 的功率的 PFC 220输入,输出是380 3kW 功率的 PFC 那么这个时候呢,做成临界的 我们做双路的交错并联 那么峰值电流这个能跑到多少 能跑到20个 A 去,对吧 这是一路对不对 那如做单路啊那就没法想象了 就非常高了哈 就30多个 A 可能是有这么多 具体我没去算过 那么实际上双路的呢 都能跑到 20A 去 那我们选管子肯定要选 比 20A 大的电流的管子是吧 比如说 600V 30A 这样的管子对吧 那好在呢它并不是一个梯形波 所以它的导通损耗并不是特别厉害 虽然这个很高是吧 那么它积分起来并不是特别厉害 因为它三角形的这个面积不是很大 所以说这是它一个峰值电流 这个一个缺点 另外一个呢 就是输入的纹波电流 这个不用说的啊 这两个大纹波的叠加 如果占空比不是 50% 的 它不会为零对不对 那么越到那个我们输入电压就是 220 的峰值 就 310 的那个地方啊 占空比比较小 比较小的时候叠加之后呢 实际上它互相取消的部分并不多 所以这个时候呢 你就会发现有很大的高频的纹波 那这个纹波呢 我们对 EMI 输入的 EMI 或者有很大的影响 就是差模干扰就会比较厉害 所以说一般来讲 我们做滤波器 可能会要搞两级滤波 一级是共模 一级是差模 就是加一个小电感做一个滤波 那么这是它的纹波大的一个坏处 那么还有呢就是它成本会比较高 因为刚才讲的 那个频率从一百多 k 是吧 跑到几十 k 那么频率很高 我们往往呢 大功率的时候很难用 IGBT 来工作对吧 都是用场效应管 那我们知道 比如说一个 30A 600V 的管子 TO247 的封装是吧 或者是 40A 600V 的管子 那基本上是几个美金的 IGBT 对不对 场效应管是不是 场效应管肯定是至少是两个美金以上的 就比较贵 如果说相反 这个这种功率的 IGBT 单管呢 可能只有零点几个美金,对不对 就非常便宜 所以说跟 IGBT 的电路来比呢 它就会成本偏高 所以说这也是我们做大功率 不用这种 CRM 的一个很重要的一个原因 就是被这几个所限制 但是如果是这几个问题我能解决 而且能低成本地去解决 那么它就会变得利用了这些好处,是吧 那么就会得到一个非常棒的一个电路 这就是我们用它做 3kW PFC 的一个初衷 就是原始的设想 那我们怎么去解决它呢 下面有几个手段 第一个手段呢 用交错并联来改善纹波 用交错并联来改善纹波 这个刚才讲的这个交错并联改善纹波 虽然呢,在那个 220V 的输入 那个 310V 那个顶点上呢 纹波改善得并不多 但是其他地方呢 会大幅度的改善 那么针对那个顶点 我们再加一下差模的滤波 我们再加一下差模的滤波 用一个比较小的电感滤波 那这个问题呢还是比较容易解决 所以说可以用交错并联的方法 这是来解决它 那第二个呢 用一个 Spike Blocker 这种技术 以前呢我们一直讲过 这 Spike Blocker 技术什么意思呢 这 Spike Blocker 技术什么意思呢 就说到底就是说 把我们的那些毛刺 就是这个电感的这个拐角的地方 无论是顶点还是低点里面 无论是顶点还是低点里面 就是说无论是这个管子的开通和关断一瞬间 就是这个电感 因为由于它有寄生电容 所以它会在这个地方进行充电或放电 会产生很多的高频振荡 这是我们电感本身 作为一个 EMI 干扰源的一个重要源泉 会出现的 那么我们对电感 进行这方面的技术的处理 让它这个毛刺 几乎是完全没有毛刺 看不到毛刺 那么对 EMI 会做了一个很好的消除 就是这是一个非常重要的因素 如果说不是这样的话呢 那即便是我刚才讲的有这么好的好处 这个电感本身有寄生电容 所以它毛刺也是很厉害的 EMI 也是很糟糕的 就是即便是 CRM 也是很糟糕的 然后呢 最关键的是下面这个东西 就是我还是想把这个场效应管替换掉 用 IGBT 来干,对吧 那 IGBT 我们知道 这么大电流的时候 开到 40k 以上 30k 以上 开到 40k 以上 30k 以上 40k 以上 我关闭的损耗 就是它有拖尾效应嘛 所以说关断的时候会非常的大 所以一般情况下 IGBT 是很难在这里头使用的 那么我们可以用一个技术 就是优化这个 L-I 的这个曲线 那么让它呢 始终保持着最大电流的时候 始终保持 IGBT 工作在 30k 左右的频率 所以这样的话 IGBT 呢 就不会因为关闭的损耗太大而导致过热 如果能实现这个突破的话 那么我们把场效应管换成 IGBT 那么 EMI 又是很好的 所以说呢,这样的话呢 我们整个产品的优点 就会有非常明显的就是发挥出来 当然呢 发挥了这个产品之后 除了刚才讲的电感的电感量比较小 成本比较低以外 即便是那样 我们还希望继续挖掘 那么继续挖掘什么呢 就是做一个磁集成的电感 让它大功率 就是更加大功率和低成本化 所以这都是我们一些对策 那么采用了这些对策 把刚才的概念发挥出来 就是用这个 IGBT 来做这个大功率PFC 而且是 CRM 能把电磁兼容的问题好好解决掉 那么这样的话呢 可能会产生一个不错的一个产品 那我再介绍一下 那我再介绍一下 就是说我们怎么去做磁集成 那么这一个呢 这地方是一个原理 是一个非常简单的一个磁集成原理 实际上就是说我们把一套磁心里面 做两个独立的电感 那么做成了这种形式 那么这种形式是什么呢 就是说我这边是一个绕线线圈的一个磁芯柱 那这边呢又是一个 就是两个线圈分别左边右边各一个 那我们从这个原理上来看 就是说我假设这是一个铁氧体的磁芯 相当于 E 形的铁芯 对吧,磁芯 我们呢,把中间这个地方呢 紧密地联系上 让它没有气隙 这条路 这个地方呢,开上比较大的气隙 因为我们做电感 对铁氧体很容易饱和的 所以必须要开比较大的气隙 那开了比较大的气隙呢它就 能够做出大电流的时候电感 比如说我刚才讲的 比如说我刚才讲的 至少峰值电流 20A 嘛,是吧 那么绕了这些线圈的时候 20A 跑过去 这个地方至少要个 90uH 或者 100uH 以上的电感嘛,对不对 那么要达到这个电感的时候呢 这个气隙是比较大的 因为我们这个铁氧体呢 是高导磁的 导磁率是几千的,对吧 相对导磁率在几千以上 所以说呢那磁通比较小的 那么我这边开了气隙之后呢 那么我绕线 就按现在图示这个方向来绕,对吧 电流呢,I1 也是这边是正极 这边流进去,对吧 这么流出来 那么它会产生一个磁通,是吧 磁通呢,它是从这地方往上走 方向就是这样转圈,对吧 然后这边呢,也会产生一个磁通 按这个方向走 它会倒过来这么转出来 然后呢在中间这个磁路上呢 是互相方向相反的 也就是在这个地方 如果说同时各出现的话 它是互相抵消的 那么为什么我们讲 它是互相不干扰 其实你说他为什么不往这儿流啊 如果这个线圈产生的磁通 它不单是往中间流 它又往另外一个线圈里面流的时候 那么它就互相产生了干扰 那我们这个原理是不会产生的 道理是非常的简单 因为我们开的气隙非常大 也就是说这个地方呢 产生很大的磁阻 就是磁阻非常大 那这个铁氧体部分磁阻是非常小的 那么这地方又是有很大的 那我们举个比例说 假设我铁氧体部分的磁阻呢 相当于 1Ω 比如说一个单位体积,对吧 那这个呢 一个单位体积呢 可能是 1M,对不对 那 1M 就是一百万倍 那我不说 1M 就是要是 1k 吧,也是一千倍 对不对 那就是说,我这个呢 产生的磁通呢 是它自己产生,它必须有的 有了之后呢它这个磁通呢 要么往这儿走 同时也往这儿进行分流 那这个地方是 1Ω 的 这地方是 1k 的 那当然1/1000往这跑,对吧 999 往这跑,是这意思吧 那 1/1000 的话呢 我们是示波器都看不到影响了 对不对 所以说呢,因为它影响太小看不到了 所以我们认为它没有影响 实际上是这么个道理 并不是真的完全没有啊 总是有一丁点的 那么从这样的原理 因为利用了这个高磁阻的特点 它不会往这儿流 所以它互相是不干扰 互相不干扰,互相不耦合 相反,如果我在这地方开个气隙 对吧,磁阻也很大 那它就是开始分流了嘛,是吧 那它就会进行耦合 那这就是一个耦合原理 就是我们现在这个电路 是进行不耦合的这种设计 所以它是就是这么一个工作的原理 那么,产生这个原理之后呢 那么实际上我们在一个磁芯上 就可以做成这样 由于这部分是互相抵消的 很大部分互相叠加的时候 重叠之后它会抵消的 所以说也就是这个面积呢 我们做变压器电感的时候 往往是 E 形的呢 这个是1,这地方两倍 这地方1,是吧 那按这种方式呢 就没有必要再搞两倍 所以说我现在这一个方案 实际上是用了0.45,是吧 这个三角块的面积 那么两个加起来才只有0.9 就是只有它的90%的面积 那么,我们做了仿真 你看最恶劣的一个情况 比如这边是满功率 这边是很小的功率,是吧 那这样的情况下 那么即便是这样的话呢 实际上这个磁芯 你看也是不是发红的 就是离饱和还差得很远 这个磁场的分布情况 所以说,实际上是这个电路 就是这条路呢 就是这条路呢 我们跑了14点几个安倍 这边呢,跑11点几安倍 就是正好交叉的时候 在那地方有重叠的地方 那么这些重叠这部分就非常小 所以说可以这么去做 当然呢,要想做到这一点呢 还是远远不够的 做到这一点呢 我们只能说是利用了一个磁芯 做出磁集成两个电感,对不对 但是呢,这依然是没办法去解决 就是我们把 IGBT 能用的一个原则
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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