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高频开关电源设计与应用实例
来源: | 作者:pmo692fdb | 发布时间: 2018-06-06 | 381 次浏览 | 分享到:

传统的工频交流整流电路,因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压,所以使电网的电流波形变成了尖脉冲,滤波电容越大,输入电流的脉宽就越窄,峰值越高,有效值就越大。这种畸变的电流波形会导致一些问题,比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。


功率因数校正电路的目的,就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。使电源的工作特性就像一个电阻一样,而不在是容性的。


目前在功率因数校正电路中,最常用的就是由BOOST变换器构成的主电路。而按照输入电流的连续与否,又分为DCM、CRM、CCM模式。DCM模式,因为控制简单,但输入电流不连续,峰值较高,所以常用在小功率场合。CCM模式则相反,输入电流连续,电流纹波小,适合于大功率场合应用。介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式,这种模式通常采用变频率的控制方式,采集升压电感的电流过零信号,当电流过零了,才开通MOS管。这种类型的控制方式,在小功率PFC电路中非常常见。


今天我们主要谈适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。


要设计一个功率因数校正电路,首先我们要给出我们的一些设计指标,我们按照一个输出500W左右的APFC电路来举例:


已知参数:

交流电源的频率fac——50Hz

最低交流电压有效值Umin——85Vac

最高交流电压有效值Umax——265Vac

输出直流电压Udc——400VDC

输出功率Pout——600W

最差状况下满载效率η——92%

开关频率fs——65KHz

输出电压纹波峰峰值Voutp-p——10V


那么我们可以进行如下计算:

1,输出电流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A

2,最大输入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W

3,输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A

4,那么输入电流有效值峰值为Iinrmsmax*1.414=10.85A

5,高频纹波电流取输入电流峰值的20%,那么Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A

6,那么输入电感电流最大峰值为:ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A

7,那么升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH

8,输出电容最小值为:Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp-p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF,实际电路中还要考虑hold up时间,所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。实际的电路中,我用了1320uF,4只330uF的并联。