詳解PFC電感的計(jì)算

1、詳解PFC電感的計(jì)算時(shí)間：2021-10-11來(lái)源：關(guān)鍵字：PFC詳解電感計(jì)算中央議題：Boost功率電路的PFC連續(xù)工作模式的根本關(guān)系臨界連續(xù)Boost電感設(shè)計(jì)通常Boost功率電路的PFC三種工作模式：連續(xù)、臨界連續(xù)和斷續(xù)模式.限制方式是輸入電流跟蹤輸入電壓.連續(xù)模式有峰值電流限制,平均電流限制和滯環(huán)限制等.本文介紹Boost功率電路的PFC連續(xù)工作模式的根本關(guān)系及臨界連續(xù)Boost電感設(shè)計(jì).連續(xù)模式的根本關(guān)系1.確定輸出電壓Uo輸入電網(wǎng)電壓一般都有一定的變化范圍(UinA%),為了輸入電流很好地跟蹤輸入電壓,Boost級(jí)的輸出電壓應(yīng)當(dāng)高于輸入最高電壓的峰值,但由于功率耐壓由輸出電壓決定,

2、輸出電壓一般是輸入最頂峰值電壓的1.051.1倍.例如,輸入電壓220V,50Hz交流電,變化范圍是額定值的20%心=20),最頂峰值電壓是220X1.2X1.414=373.45V.輸出電壓可以選擇390410V.2.決定最大輸入電流電感應(yīng)當(dāng)在最大電流時(shí)防止飽和.最大交流輸入電流發(fā)生在輸入電壓最低,同時(shí)輸出功率最大時(shí)LHLHXT5瑚其中：Uimin-最低輸入電壓；n-Boost級(jí)效率,通常在95%y上.3.決定工作頻率由功率器件,效率和功率等級(jí)等因素決定.例如輸出功率1.5kW,功率管為MOSFET開(kāi)關(guān)頻率70100kH乙4.決定最低輸入電壓峰值時(shí)最大占空度由于連續(xù)模式Boost變換器輸出U

3、o與輸入U(xiǎn)in關(guān)系為,所以%從上式可見(jiàn),如果Uo選取較低,在最高輸入電壓峰值時(shí)對(duì)應(yīng)的占空度非常小,由于功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)時(shí)間限制否那么降低開(kāi)關(guān)頻率,可能輸入電流不能跟蹤輸入電壓,造成輸入電流的THD加大.5.求需要的電感量為保證電流連續(xù),Boost電感應(yīng)當(dāng)大于寸2D其中：,k=0.150.2.6.利用AP法選擇磁芯尺寸根據(jù)電磁感應(yīng)定律,磁芯有效截面積如果電感是線性的,有由于Boost電感直流分量很大,磁芯損耗小于銅損耗,飽和磁通密度限制最大值.為保證在最大輸入電流時(shí)磁芯不飽和,應(yīng)當(dāng)有E+警=劇 1+肘因此,面積乘積JP=4A-mf一-頂,2kkJfB4-應(yīng).如一回 3NABJNAB(4)其中kw=

4、0.30.5窗口填充系數(shù),也稱(chēng)為窗口利用系數(shù).BB/(1+k).由此選擇磁芯.推薦相關(guān)文章：基于DDSffi寄生電感測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)LCR測(cè)量?jī)x在阻抗測(cè)量中的應(yīng)用耦合電感SEPIC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢(shì)第四講：?jiǎn)味胃綦x型功率因數(shù)校正LED驅(qū)動(dòng)器淺談電子制造過(guò)程中的靜電及靜電防護(hù)共模電感電感的特性電感q值計(jì)算常用電感計(jì)算公式pfc工作原理輸出功率在1kW以上,一般采用氣隙磁芯.因環(huán)形磁粉芯價(jià)格高,且加工困難,本錢(qián)高.但是氣隙磁芯在氣隙附近邊緣磁通穿過(guò)線圈,造成附加損耗,這在工藝上應(yīng)當(dāng)注意的.7.計(jì)算匝數(shù)N=(臨界連續(xù)Boost電感設(shè)計(jì)1.臨界連續(xù)特征Boost功率開(kāi)關(guān)零電流導(dǎo)通,電感電流線性上升.當(dāng)峰值電流到達(dá)

5、跟蹤的參考電流(正弦波)時(shí)開(kāi)關(guān)關(guān)斷,電感電流線性下降.當(dāng)電感電流下降到零時(shí),開(kāi)關(guān)再次導(dǎo)通.如果完全跟蹤正弦波,根據(jù)電磁感應(yīng)定律有勇Tr-氣&Sill以庭-L丁醉二寸二L古=L金(9)其中：Ui、Ii為輸入電壓和電流有效值.在一定輸入電壓和輸入功率時(shí),Ton是常數(shù).當(dāng)輸出功率和電感一定時(shí),導(dǎo)通時(shí)間Ton與輸入電壓Ui的平方成反比.2.確定輸出電壓電感的導(dǎo)通伏秒應(yīng)當(dāng)?shù)扔诮刂箷r(shí)伏秒:=(L-UF-=一一T=虬一(11),U-Ul-U1U9Pf*可見(jiàn),輸出電壓Uo一定大于輸入電壓iUip,如果輸出電壓接近輸入電壓i,在輸入電壓峰值附近截止時(shí)間遠(yuǎn)大于導(dǎo)通時(shí)間,開(kāi)關(guān)周期很長(zhǎng),即頻率很低.如果首先決

6、定最低輸入電壓(Uimin)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)onL,最高輸入電壓(Uimax)的導(dǎo)通時(shí)間為(12)/根據(jù)式(11)和(12)可以得到開(kāi)關(guān)周期(頻率)與不同電壓比的關(guān)系.例如,假定導(dǎo)通時(shí)間為10從s,1.414Uimin/Uo=0.65,如果輸入電壓在土20咂圍變化,最低輸入電壓為220X0.8,輸出電壓為Uo=1.414X220X0.8/0.65=383V.周期為10/0.35=28.57從s,頻率為35kHz.在15時(shí),周期為12Ks,相當(dāng)于開(kāi)關(guān)頻率為83kHz.在最高輸入電壓時(shí),由式(12)得到最高電壓導(dǎo)通時(shí)間開(kāi)關(guān)周期為(10)TT-TTonh=(0.8/1.2)2XTonL=4.444

7、從s,在峰值時(shí)的開(kāi)關(guān)周期為T(mén)=Tonh/(1-1.414X1.2X220/383)=176卜s,相當(dāng)于開(kāi)關(guān)頻率為5.66kHz.如果我們.輸出電壓提升到410V,最低輸入電壓時(shí)開(kāi)關(guān)周期為25.45(1s,開(kāi)關(guān)頻率為39.3kHz.15時(shí)為11.864從s,開(kāi)關(guān)周期為84.5kHz.輸入最高電壓峰值時(shí),周期為49.2從s,開(kāi)關(guān)頻率為20.3kHz.頻率變化范圍大為減少.即使在輸入電壓過(guò)零處,截止時(shí)間趨近零,開(kāi)關(guān)頻率約為100kHz.最高頻率約為最低頻率只有5倍.而在383V輸出電壓時(shí),卻為18倍.通過(guò)以上計(jì)算可以看到,提升輸出電壓,開(kāi)關(guān)頻率變化范圍小,有利于輸出濾波.但是功率管和整流二極管要更高

8、的電壓定額,導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗增加.因此,220V20咆流輸入,一般選擇輸出電壓為410V左右.110V20咆流輸入,輸出電壓選擇210V.3.最大峰值電流電感中最大峰值電流是峰值電流的1倍I-1411二(13)F3Jin:nai*f4.決定電感量為防止音頻噪聲,在輸入電壓范圍內(nèi),開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)在20kHz以上.從以上分析可知,在最高輸入電壓峰值時(shí),開(kāi)關(guān)頻率最低.故假定在最高輸入電壓峰值的開(kāi)關(guān)周期為50從s.由式(11)求得或)(14)由式(12)得到最低輸入電壓導(dǎo)通時(shí)間血一.麗imaxjiikifl1根據(jù)式(8)得到皿5.選擇磁芯由于導(dǎo)通時(shí)間隨輸入電壓平方成反比,因此應(yīng)當(dāng)在最低電壓下選擇磁芯尺寸

9、,只要在最低輸入電壓峰值時(shí)防止飽和.0、丁展HNAA其中：N-電感線圈匝數(shù)；Ae-磁芯有效截面積；BmBs100-最大磁通密度,為減少損耗,選擇飽和磁感應(yīng)的70%整個(gè)窗口銅的截面積將式17代入16,整理得到4p-1A-ns二祉-臣已L用AP法選擇磁芯尺寸.6.計(jì)算線圈匝數(shù)7.線圈導(dǎo)線截面積例：輸入220V20%輸出功率200W采用臨界連續(xù).假定效率為0.95.解：輸入最大電流為峰值電流為(i6)2y2LI7確血0.95x08x220設(shè)輸出電壓為410V,最高輸入電壓時(shí)最低頻率為20kHz.即周期為50從s,因此,導(dǎo)通時(shí)間為如果采用磁粉芯,選用鐵硅鋁磁芯.LI2=1.48X3.382X10-3=

10、16.9mJ,選擇77439.有效磁導(dǎo)率為60,其電感系數(shù)AL=135nH電感1.48mH需要的匝數(shù)為匝取N=105匝77439的平均磁路長(zhǎng)度l=10.74cm,磁場(chǎng)強(qiáng)度Oe為由圖得到磁導(dǎo)率為60,H=21Oe磁導(dǎo)率下降到90%為了在給定峰值電流時(shí)保持給定電感量,需增加匝數(shù)為N匝,選取111匝.此時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度H=111X21/105=22.2Oe,從下降到0.88,此時(shí)電感量L=0,135x038x111：=1464uH=L464mH 滿足設(shè)計(jì)要求.最高電壓時(shí)開(kāi)關(guān)頻率提升大約1%應(yīng)當(dāng)注意到這里使用的是平均電流,實(shí)際峰值電流大一倍,最大磁場(chǎng)強(qiáng)度大一倍,從圖上得到磁導(dǎo)率下降到80%磁場(chǎng)強(qiáng)度從零到最大,平均磁導(dǎo)率為0.8+1/2=0.9,接近0.88.選取電流密度j=5A/mm2,導(dǎo)線尺寸為rf=1.13：-=L13J；選擇d=0.63mmd=0.7