PFC电源设计PPT文档格式.ppt
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功率因数;
P:
有功;
S:
无功。
视在功率S等于有效电压Vrms和有效电流Irms的乘积:
S=VrmsIrms2022/11/103总谐波畸变(THD)n用基波电流的百分比表示的电流总谐波含量称为总基波畸变率,也就是THD,定义为:
THD=(I2ms+I3ms+Inms)/I1ms100%这里的,I1ms基波电流有效值;
Inms为n次谐波含有电流有效值;
根据上式,有关功率因数表达式为:
=P/S=cos/(1+THD2)从上式可知,提高功率因数即必须抑制输入电流的波形畸变,同时尽可能使电流基波与电压基波之间的相位差趋于零。
2022/11/104功率因数校正的基本原理2022/11/105有源功率因数校正示意图2022/11/106功率因数校正的基本原理n功率因数校正分为无源功率因数校正PPFC和有源功率因数校正APFC(AdvantagePowerFactorCorrection)n主电路包括整流器(BR),开关管(S),输出二极管(D)以及滤波电容(C)等,主电路和控制电路组合成功率因数校正器。
n控制电路包括电压误差放大、基准电压、电流误差放大流乘法器和驱动器。
2022/11/107有源功率因数校正工作原理n主电路的桥式整流电路将输入的交流电整流为100Hz的脉冲直流电,再经升压电感L和升压二极管D整流输出电压V,电压V和基准电压Vr进行比较后,输入给电压误差放大器A1,放大后的误差电压与桥式整流的脉动电压一起加到乘法器M中相乘,乘法器M输出一电流信号并与开关电流一起加到电流误差放大器A2上,放大后的误差电流去驱动脉宽调制信号,以控制开关管VT的导通和截至,从而使输入电流的波形与整流输出的脉动电压的波形基本一致,使电流的谐波大大减少,提高了功率因数。
2022/11/108有源功率因数校主要特点nAPFC电路置于桥式整流器与滤波电容之间,是一种DC/DC变换器,其输出形式多种多样(升压、降压及升降压等),由于升压型APFC电路在一定输出功率下可以较少输出电流,这样可以减小输出滤波电容的容量和体积,目前开关电源大都采用这种形式的APFC;
nAPFC可以采用不同的方法进行控制,按电感扼流圈有无储存电流来分为:
连续传导模式连续传导模式(CCM)和不连续传导模式()和不连续传导模式(DCM),),前者用于输出大功率场合,后者适合于200W以下的中功率APFC电源;
2022/11/109升压型2022/11/1010降压型2022/11/1011升降压型2022/11/1012升压预整流器型(APFC)优点n能有效地抑制输入电源电流的谐波失真,能达到谐波电流畸变指标要求;
n能把系统功率因数提高到几乎等于1的水平,完全满足各国功率因数和总谐波含量的要求;
n输出直流电压纹波低;
n输入交流电压范围大(85165V),输出稳定;
n消除了浪涌电压及尖峰电压对电路元件的冲击,提高了开关电源的可靠性和安全性,有力地延长了开关电源的使用寿命。
nAPFC的开关电源适用于500W的负载,这种开关电源经常在电力电子设备的预调节器上使用。
2022/11/1013有源功率因数校正控制方法n峰值电流控制法n滞环电流法n平均电流控制法2022/11/1014峰值电流控制法APFC设计n峰值电流控制法的开关频率是恒定的。
如下图;
nAPFC控制器现选有韩国三星公司生产的KA7524。
APFC预调整电路适用于200W以下,尤其是150W的开关电源有源功率因数调整功能。
2022/11/1015实际设计应用2022/11/1016升压变压器设计n升压变压器TR的初级电感Lp是APFC调整器的升压电感,起着峰值电流传递和升压的作用;
n次级Ns的作用:
1)作为零电流检测电感;
2)与电阻R4、VD5和C3一起组成电源滤波整流电路,共给IC启动电压;
n变压器是APFC的关键元器件;
n电感峰值电流Ilp是平均输入电流Iin的两倍,所以可得:
Iin=Ilp/2Iin:
输入电流的平均值,Ilp:
变压器初级电感的峰值电流。
2022/11/1017升压变压器设计n最大交流输入电流:
Iin(max)=Pout/(Vin(min)Pout:
APFC调整器的输出功率(W);
:
变换器的效率;
Vin(min):
最低交流输入电压(V);
Iin(max):
最大交流输入电流(A)2022/11/1018初级峰值电流n初级电感峰值电流Ilp(max)=2Iin(max)n初级电感Lp=2((Vout/2)-Vin)Vin2)/(VoutVin(min)Ilp(max)f)2022/11/1019变压器参数计算铜损因数为下式:
Kg(/Pcu)(LpIlp2/Bmax)2这里的Ilp=Ilp(max),为最大峰值电感电流(A);
Bmax为最大磁通密度(T),取Bmax=0.15%T;
=1.724108m;
Pcu为铜的最大功率损耗(W),按照经验一般铜损是最大输出功率的1.5%,所以:
Pcu=1000.015=1.5(W)。
所选用磁芯的铜损因数Kg必须高于用上式所计算出的因数。
设所选用磁芯的因数为Kg,则:
KgKAwAe/Lw式中:
K为铜的绕组系数,取0.36;
Aw为线圈骨架窗口面积(mm)2,Ae为有效截面积(mm)2,Lw为每匝绕线平均长度(mm)22022/11/1020变压器参数计算n初级匝数为Np为:
Np=(LpIlp(max)/(BmaxAe)n线圈磁导线截面积Swire:
Swire=KAw/Np(mm2)n磁芯的气隙Lg为:
Lg=43.1410-7Np2Ae/Lpn次级匝数Ns为:
Ns=NpVs/Pout2022/11/1021举例计算n计算一个变压器:
Pout=100W,=95%,f=50KHz,Vout=400V(DC)Vin(min)=120V(AC),Vin(max)=260V(AC),n计算变压器上面所说的参数2022/11/1022实际计算n最大交流输入电流:
Iin(max)=Pout/(Vin(min)=100/(0.95120)=0.88An初级电感峰值电流:
Ilp(max)=2Iin(max)=20.88=1.24An初级电感量:
Lp=2((Vout/2)-Vin)Vin2)/(VoutVin(min)Ilp(max)f)=2(400/2)-260)2602/(4001201.2450103)=1.04(mH)2022/11/1023变压器的铜损n变压器铜损Kg(/Pcu)(LpIlp2/Bmax)2=(1.72410-8/1.5)(1.0410-31.242/0.15)2=1.310-12(m5)而KgKAwAe/Lw=0.36(60.41132/56.21015)=4.9410-12(m5)选用PQ2620,Aw=60.4mm2,Ae=113mm2,Lw=56.2mm2022/11/1024变压器参数计算n初级匝数为Np为:
Np=(LpIlp(max)/(BmaxAe)=(1.041.2410-3)/(0.1511310-6)=76(匝)n线圈磁导线截面积Swire:
Swire=KAw/Np(mm2)=0.3660.4/76=0.286(mm2)2022/11/1025变压器参数计算n磁芯的气隙Lg为:
Lg=43.1410-7Np2Ae/Lp=43.1410-7762113/1.04=0.78(mm)n次级匝数Ns为(设Vs为15V):
Ns=NpVs/Pout=7615/400=3(匝)2022/11/1026计算无源电感nL0.03VsTs/Is这里的Vs:
输入交流电压(V);
Ts:
电网周期,50Hz,Ts=0.02s=2010-3;
Is:
输入电流(A);
2022/11/1027自主均流法UC39022022/11/1028内部结构示意图2022/11/1029UC3902说明2022/11/1030UC3902内部框图2022/11/1031UC3902内部结构说明2022/11/1032UC3902外电路说明2022/11/1033UC3902外电路设计2022/11/1034UC3902外电路设计计算2022/11/1035UC3902外电路设计计算2022/11/1036UC3902外电路设计计算2022/11/1037计算参数的决定和分析2022/11/1038计算参数的决定和分析2022/11/1039计算参数的决定和分析2022/11/1040模块均流精度2022/11/1041结束语2022/11/1042
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