ccm boost pfc電路設(shè)計(jì)淺析 - 電源電子領(lǐng)域最專(zhuān) …

1、CCMBOOSTPFC電路設(shè)計(jì)淺析電路設(shè)計(jì)淺析bbs21585.html——XiaJun201085拋磚引玉，本文僅以最常用的PFC拓?fù)鋪?lái)探討電源設(shè)計(jì)的合理方法，讓電源設(shè)計(jì)盡可能變得透明，科學(xué)和合理，最大限度的提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率，降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然由于本人水平有限，思考和總結(jié)的東西不見(jiàn)得就一定正確，更多的是從工程的角度激發(fā)一下大家的思維，用工程的方法去設(shè)計(jì)產(chǎn)品，好過(guò)用經(jīng)驗(yàn)的方法設(shè)計(jì)產(chǎn)品。很多工程師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中都有很多的困惑，電路拓?fù)?/p>

2、我都有所了解，但是如何能夠根據(jù)客戶(hù)的需求設(shè)計(jì)出好的產(chǎn)品？大多數(shù)時(shí)候我們都是在抄襲和模仿，或者根據(jù)IC廠(chǎng)家的典型設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的更改，我們會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的變壓器，電感，會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇電阻，電容，二極管，MOSFET等器件，我們知其然（因?yàn)閯e人就是這么做的），但不知其所以然（因?yàn)槿鄙倏茖W(xué)的工程方法）。別人的方案不一定適合我們的產(chǎn)品，別人的經(jīng)驗(yàn)也不一定正確，如果我們不能用工程的方法加以歸納，總結(jié)和提煉，那么永遠(yuǎn)只能跟在別人的后面，差距越來(lái)越大。首先

3、，我們要考慮的是，客戶(hù)的需求是什么？產(chǎn)品的功率等級(jí)？輸入范圍？輸出范圍？要滿(mǎn)足哪些標(biāo)準(zhǔn)？體積？成本（價(jià)格）？效率？開(kāi)發(fā)周期？以小功率等級(jí)而論（200W以下），DCMBOOSTPFC電路顯然更為合適，可以較好的兼顧到指標(biāo)，體積和成本，MOSFET零電流開(kāi)通，無(wú)需任何輔助電路即可實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)通，二極管零電流關(guān)斷，用普通的Ultrafastrecovery二極管即可基本消除反向恢復(fù)問(wèn)題，由于每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，電感電流都會(huì)從零開(kāi)始，再歸于零，沒(méi)有直

4、流偏置問(wèn)題，可以用鐵氧體磁芯代替昂貴的鐵硅鋁等粉芯類(lèi)磁環(huán)，降低成本，縮小體積，提高效率，同時(shí)IC廠(chǎng)家的解決方案豐富，開(kāi)發(fā)周期短。如果到了中小功率等級(jí)（200W~400W），BCMBOOSTPFC電路則更為合適，臨界導(dǎo)通模式，既有DCM的優(yōu)點(diǎn)，又可以克服其一些缺點(diǎn)，同時(shí)由于是變頻控制，EMI的頻譜很寬，單個(gè)頻率點(diǎn)的能量幅值就小得多（在定頻控制中，所有的能量都集中在開(kāi)關(guān)頻率的基波，二次諧波，三次諧波等諧波頻率點(diǎn)上，所以幅值很大），電磁兼容性

5、設(shè)計(jì)會(huì)更容易解決。對(duì)于中大功率等級(jí)（400W~1000W），interleavedBCMBOOSTPFC電路則是一個(gè)較好的選擇，對(duì)于400W以上的應(yīng)用而言，單路BCMDCMBOOSTPFC電路的峰值電流太大，MOSFET的關(guān)斷損耗會(huì)隨之增加，電感的最大磁通密度也會(huì)增加，在飽和磁通密度和電感損耗之間很難找到折中的平衡，同時(shí)由于峰值電流的增大，濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)漸漸變得困難。所以采用兩路BCMBOOSTPFC交錯(cuò)并聯(lián)更合適一些，兩路紋波對(duì)消，

6、輸入的總紋波電流大大減小，從而又起到了簡(jiǎn)化濾波器設(shè)計(jì)的效果。同時(shí)由于每一路電路的功率只有總功率的一半，器件選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)都較容易實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，雖然IC廠(chǎng)家和一些專(zhuān)家宣稱(chēng)interleavedBCMBOOSTPFC電路最大只能應(yīng)該用到1000W的功率等級(jí)，但是經(jīng)過(guò)精心的設(shè)計(jì)，最大可拓展到2000W的功率等級(jí)，單級(jí)效率可以達(dá)到98.4%，而成本卻低于CCMBOOSTPFC電路，此處不再就該問(wèn)題展開(kāi)論述，有暇時(shí)將另外撰文專(zhuān)門(mén)論述interle

7、avedBCMBOOSTPFC電路應(yīng)用在2000W功率等級(jí)的案例。對(duì)于1kW功率等級(jí)以上的應(yīng)用，大家習(xí)慣于選擇CCMBOOSTPFC電路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，研究論文眾多，控制策略成熟，解決方案也多，所以在大功率場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。此處不再一一贅述。在CCMBOOSTPFC電路的基礎(chǔ)上衍生出很多的軟開(kāi)關(guān)電路，用以提升效率，但需要指出的是，這些軟開(kāi)關(guān)電路都增加了電路的復(fù)雜性，使得控制策略變得復(fù)雜，降低了產(chǎn)品的可靠性，而實(shí)際的效率提升并不明顯，所

8、以并不是合適的選擇。通過(guò)對(duì)輸入電壓范圍176V~264V，要求在此電壓范圍內(nèi)，PFC電路可以輸出3300W的功率，PFC級(jí)的效率要求97%。根據(jù)此要求，確定PFC電路設(shè)計(jì)的邊界輸入條件，當(dāng)輸入電壓為低限176V時(shí)，交流輸入電流最大，而bridgerectifier，MOSFET，induct，diode，capict的損耗都跟輸入電流成比例，因此PFC電路設(shè)計(jì)的邊界條件即為交流輸入電壓的低限176V，計(jì)算此時(shí)的交流輸入電流最大有效值為1

9、9.33A，此時(shí)的交流電壓瞬時(shí)值（正向半波）和占空比變化情況如下圖所示：有一點(diǎn)在設(shè)計(jì)之初就需要確定的，那就是開(kāi)關(guān)頻率。開(kāi)關(guān)頻率的選擇至關(guān)重要，因?yàn)樗c產(chǎn)品設(shè)計(jì)的許多方面都相互關(guān)聯(lián)。我們知道，開(kāi)關(guān)頻率越高，那么磁性器件的體積就可以做得越小，對(duì)于提高功率密度，縮小產(chǎn)品體積是很有幫助的。但是開(kāi)關(guān)頻率的提高也意味著MOSFET開(kāi)關(guān)損耗的增加，二極管的反向恢復(fù)損耗增加。對(duì)于EMC而言，開(kāi)關(guān)頻率的基波能量幅值最大，從低次到高次遞減，而EMC傳導(dǎo)測(cè)試