適合大功率的CCM模式APFC電路設計

2020-11-23 電子產品世界

傳統的工頻交流整流電路，因為整流橋後面有一個大的電解電容來穩定輸出電壓，所以使電網的電流波形變成了尖脈衝，濾波電容越大，輸入電流的脈寬就越窄，峰值越高，有效值就越大。這種畸變的電流波形會導致一些問題，比如無功功率增加、電網諧波超標造成幹擾等。

功率因數校正電路的目的，就是使電源的輸入電流波形按照輸入電壓的變化成比例的變化。使電源的工作特性就像一個電阻一樣，而不在是容性的。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/227454.htm

目前在功率因數校正電路中，最常用的就是由BOOST變換器構成的主電路，而按照輸入電流的連續與否，又分為DCM、CRM、CCM模式。DCM模式，因為控制簡單，但輸入電流不連續，峰值較高，所以常用在小功率場合。CCM模式則相反，輸入電流 連續，電流紋波小，適合於大功率場合應用。介於DCM和CCM之間的CRM稱為電流臨界連續模式，這種模式通常採用變頻率的控制方式，採集升壓電感的電流過零信號，當電流過零了，才開通MOS管。這種類型的控制方式，在小功率PFC電路中非常常見。

今天我們主要談適合大功率場合的CCM模式的功率因數校正電路的設計。

要設計一個功率因數校正電路，首先我們要給出我們的一些設計指標，我們按照一個輸出500W左右的APFC電路來舉例：

　　已知參數：

　　交流電源的頻率fac——50Hz

　　最低交流電壓有效值Umin——85Vac

　　最高交流電壓有效值Umax——265Vac

　　輸出直流電壓Udc——400VDC

　　輸出功率Pout——600W

　　最差狀況下滿載效率η——92%

　　開關頻率fs——65KHz

　　輸出電壓紋波峰峰值Voutp-p——10V

　　那麼我們可以進行如下計算：

　　1、輸出電流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A

　　2、最大輸入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W

　　3、輸入電流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A

　　4、那麼輸入電流有效值峰值為Iinrmsmax*1.414=10.85A

　　5、高頻紋波電流取輸入電流峰值的20%，那麼Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A

　　6、那麼輸入電感電流最大峰值為：ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A

　　7、那麼升壓電感最小值為Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH

　　8、輸出電容最小值為：Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp- p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF，實際電路中還要考慮hold up時間，所以電容容量可能需要重新按照hold up的時間要求來重新計算。

　　實際的電路中，我用了1320uF，4隻330uF的並聯。　　有了電感量，有了輸入電流，接下來設計升壓電感!

　　PFC電路的升壓電感的磁芯，我們可以有多種選擇：磁粉芯、鐵氧體磁芯、開了氣隙的非晶/微晶合金磁芯。這幾種磁芯是各有優缺點：

　　磁粉芯優缺點

　　優點：μ值低，不用額外再開氣隙，氣隙平均，漏磁小，電磁幹擾比較低，不易飽和;

　　缺點：基本是環形的，繞線比較困難，不過目前市場上也出現了EE型的。另外，μ值隨磁場強度的增加會下降。設計的時候需要反覆迭代計算。

　　鐵氧體磁芯優缺點

　　優點：損耗小，規格多，價格便宜，開了氣隙後，磁導率穩定;

　　缺點：需要開氣隙，另外飽和點比較低，耐直流偏磁能力比較差。

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