pfc电感电流和输入电流关系 (pfc电源设计与电感设计计算)

1、CRM PFC控制逻辑。有一种可应用的自动PFC 电路,它的PFC 级为反激式,工作在临界导通模式(连续导通模式和不连续导通模式的临界模式),它就很自然地实现功率因数 PF 的校正,由于V=L*dI/dt,在临界导通工作模式下得到 V=L*IP/ton,这样,若将时间保持为常数,则IP与 VtON成正比。但是,脉冲平均电流是IP/2;因此这个平均值也是与 V成比例的。若输入是纯正弦波,平均输入电流也将是纯正弦量。这就是临界控制模式的核心控制逻辑,保持发波时间控制不变,检测到电流过零就开始再次发波,这样峰值电流跟随输入电压波动,实现功率因数校正,一般由于控制芯片的参考地与电源地是不同的,这种方案需要采用差分采样输出电压。

2、 二极管的反向恢复损耗问题。在boost 级中,对效率影响最大的莫过于当开关管开通来自于 600V 的 PFC二极管恢复期间所通过的贯通(shoot-through)电流。由于这个电流流经 FET 时,管子上仍有较高的电压存在,于是存在较大的 VXI 开通损耗。伴随着效率降低,同时出现的还包括 MOS 管的散热问题。因此,在这个位置用一个极快速恢复的二极管(有时被称为“超快速”)是很关键的。任何有比 20~30ns 更大的恢复时间的二极管都是不可接受的,除非在很低功率或非关键场合应用。

PS:在阅读器件规格时,不仅应检查生产厂商提供的 “典型的〞恢复时间,而且要核对它的最大极限值。记住,只有极限值(最小值或最大值〉会被元件厂商所关注,而典型值不能代表什么。

3、小功率应用场合,工程师们通常更喜欢在CRM临界导通工作模式下使用 boost PFC芯片控制。这样,由于开关管开通时,流过二级管管的电流已经降低为0,二极管完全恢复且不存在反向恢复问题。没有击穿危险,这些芯片往往工作于变频模式,对于EMI滤波器设计尝尝是一个很大的考验,没有完美的东西。正所谓有得必有失。

4、浪涌抑制二极管。功率因数校正器的一个关键元件是放置在桥式整流器正端与 PFC二极管阴极之间的浪涌二极管在最初启动时,通过此二极管对大电容进行直接充电,因此避免了充电电流通过 PFC 扼流圈和超高速二极管造成饱和。但是这浪涌元件的可靠性是所有电源的一个关键。事实上,它是在重复的交流输入下最容易烧坏的一个元件。一旦 PFC开关管开通,它便完全退出,所以不需要用快速二极管。因为不必考虑散热问题,可以选用轴向元

件。但是它的非重复性浪涌等级一定要求很高

出于 EMI考虑,一些设计人员仍然较喜欢用快速的(昂费的)二极管。例如,用一个独立的 16 A/600V 二极管(带动态冲击电流保护电路)。然而,像IN5408(有质量保证的厂商生产的)这些有比较高的浪涌等级的,慢速的比较便宜的二极管也应该被考虑。

5、 通常对于 DC-DC boost变换器,我们会以纹波系数0.4来设计 boost的电感,这可以折中电感和电容的大小。但是在boost PFC 电路中,这种折中没有太大的意义,因为电容的大小受许多其他因素的影响,如保持时间。此外,流过电容的均方根电流也不仅仅由电感上的纹波电流决定,而是受多种因素影响。因此,在boost PFC 电路中,输入电感的设计应使 PFC 级在交流 90vac网压接近瞬时峰值时,电路转入连续导通模式。这样设计对减小电感的体积很有帮助。

6、PFC 电路中的磁芯损耗

计算稳定直流输入下的磁芯损耗。需要知道电流峰-峰值,使之转换为与之成比例的磁通密度峰-峰值。但是对于 PFC 电路,输入电压是瞬时变化的。所以,磁芯损耗就应该以整个交流半周期求积分,或者我们确定一个与之相当的直流电压值。这可能是一个输入电压曲线上的点,但能正确反映整个交流半波电压的平均值。这在电压总是变化的情况下(通常在交流 90~27oVac 之间)会更复杂。图1 给出了电感电流的一个数学仿真结果。注意,为了方便观察,频率被按比例降低,但由于在仿真中所用的电感值也相应地按比例增加,所以图中所示峰值、谷值和所示电流峰-峰值都是实际值。

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图 1 PFC电流仿真

可以发现,从90V电压变化到270Vac,电流峰峰值的平均值画线,可见最差情况在180V输入条件下,因此我们可以计算此时的最大功耗。这个条件下对于磁芯是最恶劣的;实际我们就是计算最大的峰峰值电流,对应最大的磁芯变化,这样可以计算出磁损,这时候是最恶劣的时候,这是理论,一般我们不会算,只是了解这一个条件下,磁芯损耗比较大而已。