PDF《PFC 电感计算》

PFC 电感计算 PFC 即为功率因数较正器,其英文缩写为:Power Factor Correction.

通常 Boost 功率电路的 PFC 有三种工作模式:连续、临界连续和断续模式.控制方式 是输入电流跟踪输入电压.连续模式有峰值电流控制,平均电流控制和滞环控制 等. 一.临界连续 Boost 电感设计 1. 临界连续特征 Boost 功率开关零电流导通,电感电流线性上升.当峰值电流达到跟踪的 参考电流(正弦波)时开关关断,电感电流线性下降.当电感电流下降到零时, 开关再次导通.如果完全跟踪正弦波,根据电磁感应定律有 on i i T t I L t U ω ω sin

2 sin

2 = 即on i i T I L U = (8) 或22ioiiiion U P L U P L U LI T η = = = (9) 其中: Ui、 Ii为输入电压和电流有效值. 在一定输入电压和输入功率时, Ton是 常数.当输出功率和电感一定时,导通时间Ton与输入电压Ui的平方成反比. 2. 确定输出电压 电感的导通伏秒应当等于截止时伏秒: off ip o on ip T U U T U ) ( ? = 则on ip o ip off T U U U T ? = (10) 开关周期为 o ip on on ip o o on ip o ip on of U U T T U U U T U U U T T T ? = ? = ? ? ? ? ? ? ? ? + ? = + =

1 1 (11) ip U 为整流后的输入电压, 可见,输出电压Uo一定大于输入电压Uip,如果输出电 压接近输入电压, 在输入电压峰值附近截止时间远大于导通时间, 开关周期很长, 即频率很低. 如果首先决定最低输入电压(Uimin)对应的导通时间为TonL,根据(9)式推导, 导通时间Ton与输入电压Ui的平方成反比, 则最高输入电压(Uimax)下的导通时间为

2 max min ? ? ? ? ? ? ? ? = i i onL onh U U T T (12) 根据式(11)和(12)可以得到开关周期(频率)与不同电压比的关系. 例如:输入电压为 220Vac±20%,假定导通时间为 10μs, BOOST 升压至 380V. 最低电压下的周期为 us U U T T o ip on Min

29 380 /

8 .

0 *

220 *

414 .

1 1

10 1 = ? = ? = 对应频率为 34.5KHz. 由(12)式可得在最高输入电压下的导通时间Tonh=(0.8/1.2)

2 *TonL =4.45us, 那么在峰值时的周期为 us U U T T o ip on Max

252 380 /

2 .

1 *

220 *

414 .

1 1

45 .

4 1 = ? = ? = 对应频率为 3.97KHz. 如果我们.输出电压提高到 410V,最低输入电压时开关周期为 25.45us, 开 关频率为 39.3kHz. 输入最高电压峰值时, 周期为 49.2μs,开关频率为 20.3kHz. 频率变化范围大为减少. 通过以上计算可以看到,提高输出电压,开关频率变化范围小,有利于输 出滤波. 但是功率管和整流二极管要更高的电压定额, 导通损耗和开关损耗增加. 因此,220V±20%交流输入,一般选择输出电压为 400V 左右.110V±20%交流输 入,输出电压选择 210V. 3. 最大峰值电流 最大输入电流 η min max i o i U P I = 电感中最大峰值电流是峰值电流的

2 倍ηmin

0 max max

2 2

2 2 i i p U P I I = = (13) 4. 决定电感量 为避免音频噪声,在输入电压范围内,开关频率应在 20kHz 以上.从第

2 点 分析可知,在最高输入电压峰值时,开关频率最低,故假定在最高输入电压峰值 的开关周期为50μs.因此电感应在输入功率最大和输入电压最小时选择,这时正 弦波峰值电流最大,由式(11)求得 ( ) o i onh U U T T /

2 1 max ? = (14) 由式(12)得到最低输入电压导通时间 ( )2 min max / i i onh onL U U T T = 根据式(8)得到 i onL i I T U L = (15) 5. 选择磁芯 因为导通时间随输入电压平方成反比,因此应当在最低电压下选择磁芯尺 寸,只要在最低输入电压峰值时避免饱和. m e onL i B NA T U = min