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目前高效率的电源越来越多,大家追求的效率也越来越高,前些时听说华为已经做出了98%效率的AC-DC模块,在业界引起了轰动!相信再过几年都会有99%效率的电源出来了! 高效率的电源自然离不开无桥PFC,这次主要介绍各种无桥PFC常见拓扑以及其演变方式。 主要从几个大的方面讨论无桥PFC,涉及到以下几个问题: 1、目前较为流行的几种无桥PFC拓扑以及相互演变形式; 2、几种无桥PFC各自的优缺点; 3、PFC电压环为什么不能快? 4、CCM和CRM模式的优缺点及其设计方法; 5、关于PFC中的乘法器在什么时候可以不要? 6、无桥PFC的控制方式; 7、PFC中磁性器件的选择; 传统的PFC电路图如下,每次都有2个二极管(整流桥)导通,还有一个MOS管或者升压二极管导通,即每次导通3个功率器件,损耗大。 ![]() 为了解决损耗大的问题,于是有人提出了无桥PFC,下图就是无桥PFC的一种形式,每次只导通2个功率器件。 (注:此拓扑有较大的缺陷,先留一个悬念) ![]() 正半周,S1,S2同时导同,电感储存能量; ![]() 之后断开S1,D1导通,S2导通,电感释放能量! ![]() 同理,负半周的时候,S1,S2同时导通,电感储存能量; ![]() 之后断开S2,D2导通,S1导通,电感释放能量! ![]() ![]() 这幅图就是经典的图腾柱式无桥PFC。 正半周,S1,D1同时导同,电感储存能量; ![]() S1断开后,S2和D1导通,电感向负载释放能量; ![]() 在负半周,D2,S2同时导通,电感储存能量; ![]() S2断开后,D2和S1导通,电感向负载释放能量; ![]() 前面也说过,第一种无桥PFC有较大的缺点,就是EMC干扰很大,而图腾柱式的无桥PFC就没有这个问题。 在正半周,S2一直是导通状态,相当于N线直接连到了GND上面;而在负半周,N线连到了一个高频(开关频率)跳动的点上,这样会带来很大的干扰。 ![]() D3,D4就是额外增加的二极管! 交流输入正半周,S1,D4导通,电感LB1储能; ![]() 之后S1断开,D1和D4导通,电感LB1释放能量; ![]() 交流输入负半周,S2,D3导通,电感LB2储能; ![]() 之后S2断开,D2和D3导通,电感LB2释放能量; ![]() 其实有五种无桥PFC拓扑 其中有三种EMI比较小 ![]() ![]() ![]() 这仨要么有额外的元件(1和3) 要么现有器件无法实现(2) 这俩EMI问题比较严重 ![]() ![]() 这些拓扑在电感储能和释放能量的时候电流的路径都经过2个功率元件 因此导通损耗都应该差不多.... 顺便讲讲CCM的PFC计算步骤。 CCM的计算一般可以分为以下几个步骤: 1、计算最大输入功率:最大输入功率Pin=Po/η; 2、计算最大输入电流有效值:输入电流最大有效值Iinrms(max)=Pin/Umin,以及输入电流峰值为1.414*Iinrmsmax; 3、由于是CCM模式PFC,纹波电流一般选取输入电流峰值的10%-20%,这里取20%,那么delta I=0.2*Iinrmsmax; 4、有效值叠加纹波电流后,输入电感电流最大峰值为:Ipk=Iinrmsmax+0.5*delta I; 5、最后根据公式计算一个比较重要的参数,即PFC电感量L,电感最小值为Lmin=Vo/4*delta I*fk),这里fk指PFC的工作频率,Vo指PFC输出电压; 6、电感材质的选择:由于是CCM模式的PFC,偏置电流比较大,一般选择B值比较大的粉芯类材质,例如铁硅铝,铁硅,MPP,high flux等等; 7、输出母线电容大小的选择:Cmin=Io/(2*π*fac*Vpk-pk),此处,Io为输出电流大小,可以根据输出功率和输出电压计算出来,fac指交流电压频率,一般为50HZ,Vpk-pk为输出电压的峰峰值纹波。 算一个900W的!效率按照90%计算; CCM的计算一般可以分为以下几个步骤: 1、计算最大输入功率:最大输入功率Pin=Po/η=900/0.9=1000w; 2、计算最大输入电流有效值:输入电流最大有效值Iinrms(max)=Pin/Umin=1000/85=11.76,以及输入电流峰值为1.414*Iinrmsmax=1.414*11.76=16.6; 3、由于是CCM模式PFC,纹波电流一般选取输入电流峰值的10%-20%,这里取20%,那么delta I=0.2*Iinrmsmax=0.2*11.76=2.35; 4、有效值叠加纹波电流后,输入电感电流最大峰值为:Ipk=Iinrmsmax+0.5*delta I=11.76+0.5*2.35=12.94; 5、最后根据公式计算一个比较重要的参数,即PFC电感量L,电感最小值为Lmin=Vo/(4*delta I*fk)=400/(4*2.35*50khz)=851uH,这里fk指PFC的工作频率,Vo指PFC输出电压; 6、电感材质的选择:由于是CCM模式的PFC,偏置电流比较大,一般选择B值比较大的粉芯类材质,例如铁硅铝,铁硅,MPP,high flux等等; 7、输出母线电容大小的选择:Cmin=Io/(2*π*fac*Vpk-pk),此处,Io为输出电流大小,可以根据输出功率和输出电压计算出来,fac指交流电压频率,一般为50HZ,Vpk-pk为输出电压的峰峰值纹波。
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