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PFC电路与BOOST电路设计实例PPT.ppt

PFC电路与BOOST电路设计实例PPT

东北往事
2019-06-05 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《PFC电路与BOOST电路设计实例PPTppt》,可适用于领域

BOOST电路功率因素校正(PFC)基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法PFC典型芯片UC介绍基于Boost电路的PFC变换器设计实例功率因素校正谐波的危害直流变换器负载IiViab功率因素校正谐波的危害传统的ACDC变换器和开关电源其输入电路普遍采用了全桥二极管整流输出端直接接到大电容滤波器。虽然不可控整流器电路简单可靠但它们产生高峰值电流使输入端电流波形发生畸变使交流电网一侧的功率因素下降到~无功损耗过大。因此我们必须引入功率因素较正soul(s)可以不要自己讲功率因数和功率因数校正功率因数的定义功率因数校正的任务正弦化使电流失真因数同相位使相移因数功率因素校正(PFC)功率因素校正PFC是十几年电源技术进步的重大领域它的基本原理是:是电源输入电流实现正弦波正弦化就是要使其谐波为零电流失真因数保证电流相位与输入电压保持同相位两波形同相位相移因数最终实现功率因素PF=的设计工作目标soul(s)可以自己讲soul(s)功率因素校正(PFC)两种主要的功率因素校正的方法)无源PFC技术)有源PFC技术)无源PFC技术mdashmdash采用体积庞大的电感、电容滤波器来提高功率因素它难以实现功率因素PF=的单位功率因素校正。)有源PFC技术mdashmdash就是在交流电网输入经过整流先不接大容量的电容器而是插入PFC电路隔离开然后再接大电容滤波器这就把传统开关电源严重失真的输入电流波形校正为近似正弦波形并且与输入电压同相位从而抑制了严重的谐波干扰使功率因素提高到左右。功率因素校正(PFC)单管功率因素校正变换器的概念只用一个主开关管可使功率因数校正到以上并使输出直流电压可调这种拓扑结构称为单管单级PFC变换器。功率因素校正(PFC)单管功率因素校正变换器的电路类型BuckBoostBoostBuckZetaCukSepicBOOST电路功率因素校正(PFC)基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法PFC典型芯片UC介绍基于Boost电路的PFC变换器设计实例功率因素校正(PFC)基于Boost电路的PFC变换器的提出Boost用于PFC的优势Boost可工作在三种模态CCM,BCM,DCM储能电感又是滤波器可抑制电磁干扰EMI和射频干扰RFI电流波形失真小输出功率大共源极可简化驱动电路等优点基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法概述CCMDCMBCM基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法mdashmdashDCMDCM假定在稳态条件下在一个开关周期内MOS管的导通时间为Ton输入电压为Ui电感电流为i电感电流峰值为电感量为L电感电流达到峰值时对应的输入电压为。则在MOS管导通期间有:其中因此如果输入周期内各开关周期的占空比近似不变时电感电流的峰值与输入电压成正比。因此输入电流波形自然跟随输入电压波形电路不需要电流控制环即可实现PFC功能。从上式可以看出如果假定输入周期内各开关周期的占空比近似不变时电感电流的峰值与输入电压成正比。由于电感电流峰值基本上正比于输入电压因此输入电流波形自然跟随输入电压波形电路不需要电流控制环即可实现PFC功能与乘法器型PFC电路相比此PFC电路的控制简单仅需要一个电压控制环控制输出电压即可。而且主管ZCS、续流二极管无反向恢复的问题。开关频率不变(定频)。基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法mdashmdashDCMDCM的关键要想保证电路在一定电压范围内处于断续模式关键是电感量的设计下面给出电感量设计的最终公式:d其中为MOS管导通占空比d为续流二极管导通占空比L为电感量fs为开关频率Po为输出功率mmin为VoVin基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法mdashmdashDCM要保证电感电流断续必须满足dd随着mmin=VoVin的增加dd先减小后增大因此在输入电压较小与较大时均会使电感电流趋于连续通常在断续模式下的电感量设计中按最低输入电压时确参数。DCM的d参数与mmin的关系曲线基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法mdashmdashBCMBCM一般采用变频控制在固定功率开关管开启时间的条件下调整开关管的关断时间使电感始终处于临界导电模式可获得单位功率因数适用于中小功率场合。开关频率不固定(变频)功率管导通时间固定。从前述分析与实验知道Boost电路工作在电感电流断续模式较好的实现了功率因数校正的功能系统可以获得较高的整体性能和性价比但是这种方案导致开关电流峰值较大且系统功率因数校正的效果会随着输入电压幅值的增加而变差。当电路工作在电感电流临界连续模式同样能达到断续时主管ZCS、续流二极管无反向恢复的优点而且限制开关电流峰值在平均输入电流的两倍相对断续模式而言功率器件的电流压力较小而且电路对输入电网来说将呈纯阻性系统可以实现单位功率因数校正其校正的效果与其他因素无关。基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法mdashmdashCCMCCM电感电流连续时可以选择多种控制方法如:峰值电流控制、滞环电流控制、平均电流控制和单周期控制等适用于大功率场合开关频率可以恒定(如平均电流控制等(定频))也可以变化(如滞环控制(变频))。基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法总结DCM输入电流自动跟踪输入电压控制简单仅需一个电压环成本低电感量小主管ZCS续流管无反向恢复问题,定频工作适合小功率用电设备。BCM输入电流自动跟踪输入电压电感量小一般采用变频控制在固定功率开关管开启时间的条件下调整开关管的关断时间使电感始终处于临界导电模式可获得单位功率因数但是滤波器设计困难适用于中小功率场合。CCM常用的有电流峰值控制法、电流滞环控制法或平均电流控制法可以定频也可以变频高功率因素要用到乘法器控制相对复杂成本高。适用于大功率场合。基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法mdashmdashCCM概述通常情况下电感电流连续时的控制电路都需要有一个模拟乘法器和电流检测环路与输出电压的反馈信号一起调制功率开关管的控制信号其中模拟乘法器的精度将影响PF值和输入电流谐波含量THD。示意图图下基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法mdashmdashCCMCCM状态下控制方式峰值电流控制平均电流控制滞环控制单周期控制PFC控制方法mdashmdashCCMPeakCurrentControl峰值电流控制峰值电流控制的原理框图如下:PFC控制方法mdashmdashCCMPeakCurrentControl当电感电流达到电流基准以前开关一直处于导通的状态电流基准是由全波整流电压的采样值与电压环误差放大器的输出乘积决定的一旦当电感电流达到电流基准经比较器输出一关断信号使开关管截止以后由定频时钟再次开通开关如此进行周期性变化电感电流的峰值包络线跟踪整流电压Vdc的波形使输入电流与输入电压同相位并接近正弦波在电路中当电感电流达到电流基准以前开关一直处于导通的状态其中电流基准是由全波整流电压的采样值与电压环误差放大器的输出乘积决定的一旦当电感电流达到电流基准经比较器输出一关断信号使开关管截止以后由定频时钟再次开通开关。如此进行周期性变化。这样电感电流的峰值包络线跟踪整流电压Vdc的波形使输人电流与输人电压同相位并接近正弦波PFC控制方法mdashmdashCCMPeakCurrentControl小结峰值电流控制的优点是实现容易缺点是当交流电网电压从零变化到峰值时其占空比由最大值(通常为)变化到最小值(峰值电网电压附近)。在占空比时电流环会产生次谐波振荡现象这种现象常出现在恒频PWMDCDC变换器中因此这个电路中也会发生这种现象。为了克服这一现象必须在比较器的输人端加一斜坡补偿函数但有时即使斜坡补偿后仍然不太理想。PFC控制方法mdashmdashCCMAverageCurrentControl平均电流控制平均电流控制的原理框图入下PFC控制方法mdashmdashCCMAverageCurrentControl主电路的输出电压Vo和基准电压Vref比较后输入给电压误差放大器Vea整流电压Vac检测值和Vea的输出电压信号共同加到乘法器的输入端再除以前馈电压的平方乘法器的输出则作为电流反馈控制的基准信号。储能电感电流信号与电流基准信号比较做差后再经过PI调节器与载波交截产生PWM波以控制开关管的通断从而使即电感电流IL的平均值跟踪基准从而使输入电流波形与输入电压的波形基本一致使电流谐波大为减少提高了输入端的功率因数开关频率由载波频率决定(定频)。PFC控制方法mdashmdashCCMAverageCurrentControl平均电流控制的优点电流环有较高的增益带宽跟踪误差小瞬态特性较好THD()和EMI小对噪声不敏感开关频率固定适用于大功率应用场合是目前PFC中应用最多的一种控制方式。PFC控制方法mdashmdashCCMHystereticCurrentControl滞环电流控制滞环电流控制的原理框图如下PFC控制方法mdashmdashCCMHystereticCurrentControl电压外环的作用是为滞环控制单元提供瞬时电流参考信号作为滞环逻辑控制器的输入所检测的输入电压经分压后产生两个基准电流:上限值与下限值当电感电流达基准下限值时开关管导通电感电流上升当电感电流达基准上限值时开关管关断电感电流下降电流滞环宽度决定了电流纹波大小开关频率由环宽决定(变频)在滞环电流控制系统中电压外环的作用是为滞环控制单元提供瞬时电流参考信号作为滞环逻辑控制器的输入。所检测的输入电压经分压后产生两个基准电流:上限值与下限值。当电感电流达基准下限值时开关管导通电感电流上升当电感电流达基准上限值时开关管关断电感电流下降。电感电流波形如上图所示。上下如图上的上、下两条虚线所示图中实线为电感电流在及两条虚线之间变化。中间一条虚线为电流平均值。电流滞环宽度决定了电流纹波大小开关频率由环宽决定(变频)。PFC控制方法mdashmdashCCMHystereticCurrentControl优点电流环带宽高具有很强且具有很强的鲁棒性和快速动态响应能力电流跟踪误差小硬件实现容易。缺点负载大小对开关频率影响较大不利于设计输出滤波器的优化设计目前关于滞环电流控制的改进方案研究还很活跃目的在于实现恒频控制(通过实时的改变环宽)将其他控制方法与滞环电流控制相结合是发展方向之一PFC控制方法mdashmdashCCMOneCycleControl单周期控制单周期控制是一种新型的非线性控制策略首先用于BUCK变换器在输入或输出跳变时单周期控制可以在一个开关周期实现控制目标较大提高系统的动态性能进而扩展到各种应用场合如功率因数校正、有源滤波、整流器等PFC控制方法mdashmdashCCMOneCycleControl单周期控制的基本思想是在每个开关周期内令开关变量的平均值与控制参考量相等或成比例单周期控制的优点是能够自动消除一个周期内的稳态和瞬态误差动态响应快且由于频率固定适宜于PWM控制PFC控制方法mdashmdashCCMOneCycleControl单周期控制是一种不需要乘法器的控制方法取而代之的是一个复位积分器如上图所示。其中时间常数RC等于RS触发器的Clock时钟周期因此有如下关系:()d为积分时间占空比。单周期控制的基本思想是通过控制开关占空比在每个开关周期内强迫开关变量的平均值与控制参考量相等或成一定比例从而在一个开关周期内自动消除稳态、瞬态误差前一开关周期的误差不会带到下一开关周期。当比较器输出高电平时通过复位电路输出复位脉冲使积分器上的复位开关复位.当复位开关闭合时存储在电容上的电荷通过运算放大器迅速放电电容上的电压值很快下降为.通过反复充电、放电使积分器的输出不断跟随电流的峰值变化.PFC控制方法mdashmdashCCMOneCycleControl功率因素校正的目的是使输入电流跟踪输入电压变化器等效电阻为线性有:()为全波整流电压令()为电流采样电阻由上两式可得:()若输出滤波电容够大输出电压Uo可视为恒定值在一个开关周期内可看出Um也可视为定值因此由()可以看出Boost输入电流与输入电压成比例从而达到电流跟踪电压的目的PFC控制方法mdashmdashCCMOneCycleControl一个开关周期内Boost变换器输出电压与输入电压关系为:()为导通时间占空比由()()可得控制方程:()如果U=UmU=UmRsiL即可用控制电路实现控制目标!PFC控制方法mdashmdashCCMOneCycleControl单周期控制电路如左图所示复位积分器如右图所示PFC控制方法mdashmdashCCMOneCycleControl优点单周控制能优化系统响应减小畸变和抑制电源干扰反应快开关频率恒定鲁棒性强易于实现抗电源干扰控制电路简单PFC控制方法mdashmdashCCM总结CCM模式下控制策略总结()峰值电流控制:优点是实现容易缺点是当交流电网电压从零变化到峰值时占空比变化太大。在占空比时电流环会产生次谐波振荡现象。()平均电流控制:优点是电流环有较高的增益带宽、跟踪误差小、瞬态特性较好、THD()和EMI小、对噪声不敏感、开关频率固定、适用于大功率应用场合其缺点是参考电流与实际电流的误差随着占空比的变化而变化从而可能会产生低次电流谐波。()滞环电流控制:优点是电流环带宽高具有很强且具有很强的鲁棒性和快速动态响应能力电流跟踪误差小硬件实现容易。其缺点负载大小对开关频率影响较大不利于设计输出滤波器的优化设计。()单周控制:能优化系统响应、减小畸变和抑制电源干扰有反应快、开关频率恒定、鲁棒性强、易于实现、抗电源干扰、控制电路简单等优点。上节内容回顾谐波污染的治理主要途径:无源电力滤波器(PPF)有源电力滤波器(APF)有源功率因数校正器(APFC)基于boost的PFCDCMBCMCCM平均电流控制峰值电流控制滞环控制单周期控制BOOST电路功率因素校正(PFC)基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法PFC典型芯片UC介绍基于Boost电路的PFC变换器设计实例PFC典型芯片UC介绍概述各引脚功能构成内部结构性能设计特点极限工作条件功率级应用范围PFC典型芯片UC介绍概述年底UC公司推出了UC。随着UnitrodeMotorolaSiliconSiemens等公司相继推出了各种有源功率因数校正芯片如UC、UC,AB、UC、MC、ML、ML、TDA等,单相有源功率因数校正技术发展很快。PFC典型芯片UC介绍概述UC为电源提供有源功率因素校正它能按正弦的电网电压来牵制非正弦的电流变化该器件能最佳的利用供电电流使电网电流失真减到最小执行所有PFC的功能PFC典型芯片UC介绍概述PFC典型芯片UC介绍各引脚功能UC各引脚功能引脚(Gnd):所有的电压测量都以Gnd脚的地电平为参考基准引脚(PKLMT):峰值电流限制脚引脚(CAOut):电流误差放大器输出脚引脚(Isense):电流误差放大器反向输入端引脚(MultOut):乘法器输出端和电流误差放大器正向输入端引脚(Iac):交流电流输入端引脚(VAOut):电压放大器输出引脚(Vrms):电网电压有效值端PFC典型芯片UC介绍各引脚功能引脚(Vref):电压基准输出端引脚(ENA):使能控制端引脚(Vsense):电压放大器的反向输入端引脚(Rset):振荡器充电电流和乘法器电流限制设置端引脚(SS):软启动端引脚(Ct):振荡器电容器设置端引脚(Vcc):正极性电源电压引脚(GTDrv):栅极驱动 PFC典型芯片UC介绍构成UC的主要构成电压误差放大器电网预置器(前馈电压)模拟乘法器电流误差放大器三角波振荡器PWM比较器RS触发器与MOSFET兼容的栅极驱动器V参考电压欠压比较器过流比较器软启动逻辑PFC典型芯片UC介绍内部结构电压误差放大器PFC典型芯片UC介绍内部结构电网预置器(前馈电压)容易实现全输入电压范围内的正常工作并可使整个电路具有良好的动态响应PFC典型芯片UC介绍内部结构模拟乘法器PFC典型芯片UC介绍内部结构电流误差放大器PFC典型芯片UC介绍内部结构PWM比较器PFC典型芯片UC介绍内部结构三角波振荡器PFC典型芯片UC介绍内部结构RS触发器PFC典型芯片UC介绍内部结构与MOSFET兼容的栅极驱动器PFC典型芯片UC介绍内部结构V的参考电压PFC典型芯片UC介绍内部结构欠压比较器PFC典型芯片UC介绍内部结构过流比较器PFC典型芯片UC介绍内部结构软启动逻辑PFC典型芯片UC介绍性能UC的主要性能为:适用于Boost型电路适用于CCM工作模式平均电流控制开关频率恒定最高为kHz最大占空比为单信号输出输出驱动电压V输出驱动电流A软起动输入电源欠压保护输出过载保护功能PFC典型芯片UC介绍设计特点UC的设计特点)控制功率因素达到)限制电网电流失真)适用于全球电网电压(~AC))前馈电网电压调节、低噪声、高灵敏度)平均电流模式控制)低启动电源电流精密电压基准)固定频率脉宽调制(PWM))低失调模拟乘法器)A栅极驱动器PFC典型芯片UC介绍工作条件UC的极限工作条件)电源电压Vcc:V)栅极驱动:连续状态下为A,占空比下为A)输入电压、:V、:VPKLMT:V)输入电流、、、PKLMT和ENA:mA)功率损耗:W)贮存温度范围:~℃)引线温度(焊锡):℃)注意:所有的电压值均以地为参考(脚)所有的电流都按正极性流入规定端点ENA输入钳位在约VPFC典型芯片UC介绍功率级的应用范围升压型PFC功率因素校正器的控制电路几乎不随变换器的功率大小而变。一般W的PFC与一个W的PFC控制电路基本相同不同之处仅在功率电路但控制电路设计步骤基本相同。BOOST电路功率因素校正(PFC)基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法PFC典型芯片UC介绍基于Boost电路的PFC变换器设计实例基于Boost电路的PFC变换器设计实例基于Boost电路的PFC变换器设计实例设计指标输入电压:VAC~VAC输入频率:Hz~Hz输出直流电压:VDC输出功率:W功率因数:>输入电流THD:基于Boost电路的PFC变换器设计实例开关频率通常开关频率可以任意选择但必须够高使功率电路小型化、减少失真并保持高的变换效率。在多数应用中~kHz的开关频率范围是可接受的折中方案。作为体积和效率的折中本例采用kHz的开关频率。此外电感值要合理的取小一些使畸变尖峰保持在最小范围内电感的体积也尽可能的小由二极管引起的损耗不能过大。基于Boost电路的PFC变换器设计实例电感设计电感的选择基于Boost电路的PFC变换器设计实例电感的选择电感值决定了输入端高频纹波电流总量可按给出的纹波电流值△I来选择电感值。电感值的确定从输入正弦电流的峰值开始而最大的峰值电流出现在最小电网电压的峰值处:由上式可知在此范例中功率为W,最小电网电压为V此时最大峰值电流为A基于Boost电路的PFC变换器设计实例电感的选择电感中的峰峰值纹波电流通常选择在最大峰值电流的左右在此例中,最大峰值电流为A,故峰峰值纹波电流取△I=mA电感值根据最低输入电压时半个正弦波顶部的峰点的电流来选择此时Vin=times=V,fs=kHz根据此处电压和和开关频率的占空比来选择:由上式可得L=mH,取整为mH基于Boost电路的PFC变换器设计实例电容设计输出电容的选择基于Boost电路的PFC变换器设计实例输出电容涉及输出电容的选择因素有开关频率纹波电流、次纹波电流、直流输出电压、输出纹波电压和维持时间。流过输出电容的总电流是开关频率的纹波电流的有效值和线路电流的次谐波通常选择大电解电容作为输出电容其等效串联电阻(ESR)随频率的变化而变化(低频时一般很大)。通常电容所能控制的电流总量还取决于温升。温升的确切值一般不用计算出只要计算出由于高频纹波电流和低频纹波电流所引起的温升之和就够了。电容的datasheet会提供必要的ESR和温升值。基于Boost电路的PFC变换器设计实例输出电容在此例中电容的选择还是主要考虑维持时间。维持时间是在电源关闭以后输出电压仍然能保持在规定范围内的时间长度其典型值为~ms在W、DC输出的离线电源中其维持时间对电容值的要求每瓦输出为~uF(经验值)另可根据以下公式确定(能量守恒):式中Pout=W,△t=ms,Vo(min)=V,可计算得Co=uF,这里我们选用VuF的电解电容。基于Boost电路的PFC变换器设计实例功率管和二极管基于Boost电路的PFC变换器设计实例开关管和二极管开关管和二极管必须能充分确保电路可靠的工作。一般来说开关管的额定电流必须至少要大于电感电流的峰值额定电压至少大于输出电压对二极管的要求也是一样的。二极管必须速率很快以减少开关损耗(电感电流连续,存在反向恢复问题)。基于Boost电路的PFC变换器设计实例开关管和二极管此例中二极管必须是快速高压型的反向恢复时间为ns,V的击穿电压A的正向额定电流。功率MOSFET为V击穿电压A的额定直流电流。此例的开关损耗主要是由二极管的反向恢复电流引起的。二极管关断和开关管开通时的电流电压实验波形uoiDuDiLiSuDS基于Boost电路的PFC变换器设计实例电感电流检测两种常用的检测电流的方法:()在变换器到地之间使用一检测电阻()使用电流互感器检测电阻是一种比较经济的方式而且适合低功率低电流的场合。但在电流比较大的情况下检测电阻上的损耗将会变得很大所以此时电流互感器则比较适合在此电路上用这种方法需要两个电流互感器一个检测开关管的电流一个检测二极管的电流以产生平均电流控制所需要的电感电流。电流互感器必须工作在和宽的占空比范围内这对实现非饱和状态是很困难的。基于Boost电路的PFC变换器设计实例检测电阻基于Boost电路的PFC变换器设计实例电流传感检测在此例中运用电流检测电阻来检测电流(如上图页图所示)此电阻值产生的信号够大以不受噪声干扰同时小到以不至于产生过大的能量损失。压降为V左右的检测电阻是一个不错的选择这里选择欧姆的电阻做为Rs在最坏情况下A的峰值电流将会产生最大V的压降基于Boost电路的PFC变换器设计实例峰值限制分压电阻基于Boost电路的PFC变换器设计实例峰值电流限制UC的峰值限制功能在电感电流的瞬时值电流超过最大值即管脚低于地电平时被激活将开关断开。电流限制值有基准电压除以电流检测电阻的分压来设置:式中和是分压电阻值为V是检测电阻Rs上的电压值。通过的电流大约为mA在本例峰值电流限制在A取取。在加上个小电容可在低电网电压时避免噪声干扰。基于Boost电路的PFC变换器设计实例前馈电压分压电阻基于Boost电路的PFC变换器设计实例前馈电压信号是输入到平方器电路的电压UC平方器电路通常在~V的范围内工作。UC内有一个钳位电路即使输入超过该值都将前馈电压的有效值限制在V。前馈输入电压分压器有个电阻、、及两个电容、。因此它能进行两级滤波并提供分压输出。分压器和电容形成一个二阶低通滤波器所以其直流输出是和正弦半波的平均值成正比的。平均值是正弦半波有效值的如过交流电网的有效值是V其平均值是V,而峰值是V基于Boost电路的PFC变换器设计实例前馈电压信号前馈电压分压器有两个直流条件需要满足。在高输入电网电压下前馈电压应不高于V当达到或超过此值时前馈电压被钳制而失去前馈功能。在低输入电网电压时应设置分压器使前馈电压等于V如果不到V内部限流器将使乘法器输出保持恒定。在本例中分压电阻是是是。当输入电压是ACV时直流平均值是V此时的最大值将是V当输入电压是AC时直流平均值为V此时是V基于Boost电路的PFC变换器设计实例乘法器设置基于Boost电路的PFC变换器设计实例乘法器的设置乘法器、除法器是功率因素校正器的核心。乘法器的输出调节电流环用以控制输入电流功率因素提高。因此此乘法器的输出是个表达输入电流的信号。与多数从输出开始到输入的设计任务不同乘法器电路的设计必须从输入端开始。乘法器有三个输入端:调节电流端(脚)、来自输入的前馈电压端(脚)、电压误差放大的输出端(脚)。乘法器的输出是电流信号Imo(脚):式中Km=是个常数是整流后的输入电流是电压误差放大器输出是前馈电压。基于Boost电路的PFC变换器设计实例乘法器输入电流电阻设置基于Boost电路的PFC变换器设计实例乘法器输入电流乘法器的输入电流来自经的输入电压乘法器在较高电流下有较好的线性度但推荐的最大电流是mA。在高网电压时峰值电压是V,脚上的电压是V用的电阻值得到最大的值是mA因为引脚上的电压是V,为使电路正常工作在输入波形处需要一个偏置电流。在基准电压和脚之间接个电阻就能提供最小偏置电流其值取。基于Boost电路的PFC变换器设计实例乘法器电流限流电阻基于Boost电路的PFC变换器设计实例乘法器输出电流乘法器的最大输入电流Imo出现在低电网线路输入正弦波的峰值处。此时为V,为由上可得Imo的最大值为uAImo不会大于两倍的基于Boost电路的PFC变换器设计实例乘法器输出电流电流Iset是乘法器输出电流的另一个限制点。Imo不能大于对于本例电路可得到最大值因此可选。基于Boost电路的PFC变换器设计实例乘法器出电流电阻设置基于Boost电路的PFC变换器设计实例乘法器输出电流为了形成电流环的反馈回路乘法器的输出电流Imo必须与一个正比与电感电流的电流相加形成负反馈。接在乘法器输出和电流检测电阻的电阻执行这一功能它使乘法器的输出端成为电感电流和基准电流的求和结点。在此例中存在着以上的一个约束方程电感电流的峰值电流被限定在A电流检测电阻是所以检测电阻上的峰值电压是V。乘法器最大输出电流是uA所以合成电阻应该是可选。基于Boost电路的PFC变换器设计实例振荡器频率设置基于Boost电路的PFC变换器设计实例振荡器频率振荡器的频率由电容和电阻来设定已知为开关频率要设定为kHz电容即由下式决定:所以为uF。基于Boost电路的PFC变换器设计实例电流误差放大器的补偿基于Boost电路的PFC变换器设计实例电流误差放大器的补偿()计算电感电流下降时在检测电阻两端所造成的压降再除以开关频率方程为:Deltavrs=(times)(times,)=V此电压必须等于Vs的峰峰值即定时器电容上的电压V。误差放大器的增益为:Gca=VsVrs=VV=基于Boost电路的PFC变换器设计实例()反馈电阻设Rci=Rmo=Rcz=GcaRci=times=()电流环穿越频率:=KHz()选Ccz选择deg相位范围在环路穿越频率处设置零点。,取pF基于Boost电路的PFC变换器设计实例()选择Ccp极点必须在fs上取pF基于Boost电路的PFC变换器设计实例分压设置电压误差放大器补偿基于Boost电路的PFC变换器设计实例电压误差放大器的补偿THD为%选的次谐波交流输入作为规范值。分配做Vff输入到输出纹波电压或到Vvac。留下分配到各种非线性器件为工作稳定必须对电压环进行补偿但因电压环路带宽比开关频率小所以对对电压控制环的要求实际上是为了保持输入失真最小而不是为了电路稳定。环路的带宽必须足够小衰减输出电容上电网频率的次谐波是输入电流的调制量最小。它还必须又足够的相移以便调制仍于输入电压同相使功率因素在高值。输出级是驱动电容器的电流源。放大器中的个极点是要见效问波电压的的幅值并相移deg。失真的标准用于定义电压误差放大器在线电压频率上的次谐波的增益然后求出单位增益的截止频率、并用于确定极点的位置基于Boost电路的PFC变换器设计实例()输出纹波电压:输出纹波电压由下式决定式中fr是次谐波的频率:()放大器增益的设置:Vo(pk)必须减少到电压误差放大器输出所允许的纹波电压这就是要设置误差放大器在次谐波频率点上的增益公式如下:对于UC,为=V,例中为工作稳定必须对电压环进行补偿但因电压环路带宽比开关频率小所以对对电压控制环的要求实际上是为了保持输入失真最小而不是为了电路稳定。环路的带宽必须足够小衰减输出电容上电网频率的次谐波是输入电流的调制量最小。它还必须又足够的相移以便调制仍于输入电压同相使功率因素在高值。输出级是驱动电容器的电流源。放大器中的个极点是要见效问波电压的的幅值并相移deg。失真的标准用于定义电压误差放大器在线电压频率上的次谐波的增益然后求出单位增益的截止频率、并用于确定极点的位置。选的次谐波交流输入作为规范值。分配做Vff输入到输出纹波电压或到Vvac。留下分配到各种非线性器件基于Boost电路的PFC变换器设计实例()反馈网络的数值:取Rvi为取uF()设置分压电阻:取基于Boost电路的PFC变换器设计实例()极点频率:升压级增益为:它包括乘法器、分压器和平方器在内Xco是输出电容的阻抗。在放大器的响应的极点上误差放大器增益由下式给出:总的电压环增益为和的乘积由下式给出:Xco和Xcf两项都和频率有关该函数有次方的斜率(dB倍频程)。基于Boost电路的PFC变换器设计实例为求出截止频率设Gv=,求解fviXco安排在Xcf安排在方程变为Rvf的值等于Cvf在fvi的阻抗可选用。基于Boost电路的PFC变换器设计实例前馈电压滤波电容基于Boost电路的PFC变换器设计实例前馈电压滤波电容这些电容确定了交流输入电流上Vff分配的次谐波失真并确定所需衰减的总量。整流后的电网电压次谐波含量是。THD是允许的总谐波失真百分比。用两个等式连解极点求出极点频率fr是次谐波的纹波频率。选择Cff和Cff:前馈电路中前馈电容Cf(图、图中的Cf)的取值大小也会影响功率因数。如果Cf太小则功率因数会降低而Cf过大前馈延迟又较大。当电网电压变化剧烈时会造成输出电压的过冲或欠冲所以Cf的取值应折中考虑。UC的仿真电路UC的仿真波形电感电流及全波整流电压波形输入电流及输入电压波形UC的仿真波形电流误差放大器输出及载波波形电感电流及驱动波形UC的仿真波形在全波整流电压点时的驱动波形在全波整流电压波锋时的驱动波形UC的仿真波形输入电流波形及频谱分析UC的实验波形UC平均电流控制的小结这种控制方式的优点是:恒频控制。工作在电感电流连续状态开关管电流有效值小、EMI滤波器体积小。能抑制开关噪声。输入电流波形失真小。主要缺点是:控制电路复杂。需用乘法器和除法器。需检测电感电流。需电流控制环路。参考文献刘胜利高频开关电源实用新技术机械工业出版社周志敏开关电源功率因素校正电路设计与应用人民邮电出版社PHILIPCTODDUCControlledPowerFactorCorrectionCircuitDesign朱锋基于UC与IRS的BoostPFC变换器比较杨靖各种典型工作模式下的功率因数校正数字控制解决方案林建一用于kw电源的有源功率因数校正器谢谢!)无源PFC技术mdashmdash采用体积庞大的电感、电容滤波器来提高功率因素它难以实现功率因素PF=的单位功率因素校正。)有源PFC技术mdashmdash就是在交流电网输入经过整流先不接大容量的电容器而是插入PFC电路隔离开然后再接大电容滤波器这就把传统开关电源严重失真的输入电流波形校正为近似正弦波形并且与输入电压同相位从而抑制了严重的谐波干扰使功率因素提高到左右。从上式可以看出如果假定输入周期内各开关周期的占空比近似不变时电感电流的峰值与输入电压成正比。由于电感电流峰值基本上正比于输入电压因此输入电流波形自然跟随输入电压波形电路不需要电流控制环即可实现PFC功能与乘法器型PFC电路相比此PFC电路的控制简单仅需要一个电压控制环控制输出电压即可。而且主管ZCS、续流二极管无反向恢复的问题。开关频率不变(定频)。从前述分析与实验知道Boost电路工作在电感电流断续模式较好的实现了功率因数校正的功能系统可以获得较高的整体性能和性价比但是这种方案导致开关电流峰值较大且系统功率因数校正的效果会随着输入电压幅值的增加而变差。当电路工作在电感电流临界连续模式同样能达到断续时主管ZCS、续流二极管无反向恢复的优点而且限制开关电流峰值在平均输入电流的两倍相对断续模式而言功率器件的电流压力较小而且电路对输入电网来说将呈纯阻性系统可以实现单位功率因数校正其校正的效果与其他因素无关。在电路中当电感电流达到电流基准以前开关一直处于导通的状态其中电流基准是由全波整流电压的采样值与电压环误差放大器的输出乘积决定的一旦当电感电流达到电流基准经比较器输出一关断信号使开关管截止以后由定频时钟再次开通开关。如此进行周期性变化。这样电感电流的峰值包络线跟踪整流电压Vdc的波形使输人电流与输人电压同相位并接近正弦波主电路的输出电压Vo和基准电压Vref比较后输入给电压误差放大器Vea整流电压Vac检测值和Vea的输出电压信号共同加到乘法器的输入端再除以前馈电压的平方乘法器的输出则作为电流反馈控制的基准信号。储能电感电流信号与电流基准信号比较做差后再经过PI调节器与载波交截产生PWM波以控制开关管的通断从而使即电感电流IL的平均值跟踪基准从而使输入电流波形与输入电压的波形基本一致使电流谐波大为减少提高了输入端的功率因数开关频率由载波频率决定(定频)。在滞环电流控制系统中电压外环的作用是为滞环控制单元提供瞬时电流参考信号作为滞环逻辑控制器的输入。所检测的输入电压经分压后产生两个基准电流:上限值与下限值。当电感电流达基准下限值时开关管导通电感电流上升当电感电流达基准上限值时开关管关断电感电流下降。电感电流波形如上图所示。上下如图上的上、下两条虚线所示图中实线为电感电流在及两条虚线之间变化。中间一条虚线为电流平均值。电流滞环宽度决定了电流纹波大小开关频率由环宽决定(变频)。单周期控制的基本思想是通过控制开关占空比在每个开关周期内强迫开关变量的平均值与控制参考量相等或成一定比例从而在一个开关周期内自动消除稳态、瞬态误差前一开关周期的误差不会带到下一开关周期。当比较器输出高电平时通过复位电路输出复位脉冲使积分器上的复位开关复位.当复位开关闭合时存储在电容上的电荷通过运算放大器迅速放电电容上的电压值很快下降为.通过反复充电、放电使积分器的输出不断跟随电流的峰值变化.容易实现全输入电压范围内的正常工作并可使整个电路具有良好的动态响应检测电阻是一种比较经济的方式而且适合低功率低电流的场合。但在电流比较大的情况下检测电阻上的损耗将会变得很大所以此时电流互感器则比较适合在此电路上用这种方法需要两个电流互感器一个检测开关管的电流一个检测二极管的电流以产生平均电流控制所需要的电感电流。电流互感器必须工作在和宽的占空比范围内这对实现非饱和状态是很困难的。为工作稳定必须对电压环进行补偿但因电压环路带宽比开关频率小所以对对电压控制环的要求实际上是为了保持输入失真最小而不是为了电路稳定。环路的带宽必须足够小衰减输出电容上电网频率的次谐波是输入电流的调制量最小。它还必须又足够的相移以便调制仍于输入电压同相使功率因素在高值。输出级是驱动电容器的电流源。放大器中的个极点是要见效问波电压的的幅值并相移deg。失真的标准用于定义电压误差放大器在线电压频率上的次谐波的增益然后求出单位增益的截止频率、并用于确定极点的位置为工作稳定必须对电压环进行补偿但因电压环路带宽比开关频率小所以对对电压控制环的要求实际上是为了保持输入失真最小而不是为了电路稳定。环路的带宽必须足够小衰减输出电容上电网频率的次谐波是输入电流的调制量最小。它还必须又足够的相移以便调制仍于输入电压同相使功率因素在高值。输出级是驱动电容器的电流源。放大器中的个极点是要见效问波电压的的幅值并相移deg。失真的标准用于定义电压误差放大器在线电压频率上的次谐波的增益然后求出单位增益的截止频率、并用于确定极点的位置。选的次谐波交流输入作为规范值。分配做Vff输入到输出纹波电压或到Vvac。留下分配到各种非线性器件前馈电路中前馈电容Cf(图、图中的Cf)的取值大小也会影响功率因数。如果Cf太小则功率因数会降低而Cf过大前馈延迟又较大。当电网电压变化剧烈时会造成输出电压的过冲或欠冲所以Cf的取值应折中考虑。

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