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FC电感计算

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FC电感计算_第1页
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PFC电感计算通常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连续模式的基本关系:1. 确定输出电压Uo输入电网电压一般都有一定的变化范围(UinΔ%),为了输入电流很好地跟踪输入电压,Boost级的输出电压应当高于输入最高电压的峰值,但因为功率耐压由输出电压决定,输出电压一般是输入最高峰值电压的1.05~1.1倍例如,输入电压220V,50Hz交流电,变化范围是额定值的20%(Δ=20),最高峰值电压是2201.21.414=373.45V输出电压可以选择390~410V2. 决定最大输入电流电感应当在最大电流时避免饱和最大交流输入电流发生在输入电压最低,同时输出功率最大时 (1)其中:; -最低输入电压;η-Boost级效率,通常在95%以上3. 决定工作频率由功率器件,效率和功率等级等因素决定例如输出功率1.5kW,功率管为MOSFET,开关频率70~100kHz 4. 决定最低输入电压峰值时最大占空度因为连续模式Boost变换器输出Uo与输入Uin关系为,所以 (2)从上式可见,如果Uo选取较低,在最高输入电压峰值时对应的占空度非常小,由于功率开关的开关时间限制(否则降低开关频率),可能输入电流不能跟踪输入电压,造成输入电流的THD加大。

5. 求需要的电感量为保证电流连续,Boost电感应当大于 (3)其中:,k=0.15~0.26. 利用AP法选择磁芯尺寸根据电磁感应定律,磁芯有效截面积 (4)如果电感是线性的,有 (5a)因为Boost电感直流分量很大,磁芯损耗小于铜损耗,饱和磁通密度限制最大值为保证在最大输入电流时磁芯不饱和,应当有 (5b)磁芯窗口面积因此,面积乘积 (6)其中kw=0.3~0.5窗口填充系数,也称为窗口利用系数B

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 即 (8)或 (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: 则 (10)开关周期为 (11)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,最高输入电压(Uimax)的导通时间为 (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,假定导通时间为10μs,1.414Uimin/ Uo=0.65,如果输入电压在20%范围变化,最低输入电压为2200.8,输出电压为Uo =1.4142200.8/0.65=383V。

周期为10/0.35=28.57μs,频率为35kHz在15时,周期为12μs,相当于开关频率为83kHz在最高输入电压时,由式(12)得到最高电压导通时间Tonh=(0.8/1.2)2TonL=4.444μs,在峰值时的开关周期为T=Tonh/(1-1.4141.2220/383)=176μs,相当于开关频率为5.66kHz如果我们输出电压提高到410V,最低输入电压时开关周期为25.45μs,开关频率为39.3kHz15时为11.864μs,开关周期为84.5kHz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即使在输入电压过零处,截止时间趋近零,开关频率约为100kHz最高频率约为最低频率只有5倍而在383V输出电压时,却为18倍 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,220V20%交流输入,一般选择输出电压为410V左右110V20%交流输入,输出电压选择210V3. 最大峰值电流最大输入电流 电感中最大峰值电流是峰值电流的1倍 (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。

从以上分析可知,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.由式(11)求得 (14)由式(12)得到最低输入电压导通时间根据式(8)得到 (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 (16)其中:N-电感线圈匝数;Ae-磁芯有效截面积;Bm

即周期为50μs,因此,导通时间为 μs输入最低电压峰值时的导通时间 μs开关周期为 μs因此,需要的电感量(式(15)) mH如果采用磁粉芯,选用铁硅铝磁芯LI2=1.483.38210-3=16.9mJ,选择77439有效磁导率为60,其电感系数AL=135nH,电感1.48mH需要的匝数为 匝 取N=105匝77439的平均磁路长度l=10.74cm,磁场强度(Oe)为 Oe由图得到磁导率为60,H=21Oe,磁导率下降到90%,为了在给定峰值电流时保持给定电感量,需增加匝数为 匝,选取111匝此时磁场强度H=11121/105=22.2Oe,μ下降到0.88,此时电感量 μH=1.464mH满足设计要求最高电压时开关频率提高大约1%应当注意到这里使用的是平均电流,实际峰值电流大一倍,最大磁场强度大一倍,从图上得到磁导率下降到80%,磁场强度从零到最大,平均磁导率为(0.8+1)/2=0.9,接近0.88选取电流密度j=5A/mm2,导线尺寸为 mm选择d=0.63mm,d’=0.70mm,截面积Acu=0.312mm2。

核算窗口利用系数Aw=4.27cm2,则 77439铁硅铝粉芯外径OD=47.6mm,内径ID=23.3mm考虑第一层Nm1=(π(ID-0.5d’-0.05)/1.05d’)-1=96.9 实际96匝第二层只要15匝 (注:素材和资料部分来自网络,供参考请预览后才下载,期待你的好评与关注!)。

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