《大学PFC电感计算ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学PFC电感计算ppt课件（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、PFCPFC电感计算电感计算AC/DCAC/DC整流电路中电流波形整流电路中电流波形功率因数定义：功率因数定义：谐波电流对电网的危害谐波电流对电网的危害THD -Total Harmonic Distortion小知小知识(1)对电网产生谐波污染对电网产生谐波污染2呵斥呵斥谐波波压降降3正弦正弦电压波形畸波形畸变4产生生电路缺点，路缺点，变电设备损坏。坏。谐波波的的危危害害利用利用BoostBoost电路进展电路进展PFCPFC校正校正 电流相位与输入电压电流相位与输入电压坚持同相位，坚持同相位，PF为为1。总谐波失真率波失真率输输入入入入电电流流流流实现实现正弦波，正弦波，正弦波，正弦波，使
2、使使使电电流失真因数流失真因数流失真因数流失真因数为为00。 功率因数与功率因数与失真度的关系失真度的关系 功率因数功率因数校正的目的校正的目的研讨对象的选择：研讨对象的选择： 普通以普通以Boost 电路和反激式电路为讨论电路和反激式电路为讨论对象，前者常用于电流延续和临界延续任务对象，前者常用于电流延续和临界延续任务方式，后者用于断续方式，这儿由于时间关方式，后者用于断续方式，这儿由于时间关系只讨论系只讨论Boost电路电感的计算与设计。电路电感的计算与设计。PFC校正电路有校正电路有buckboostFlybackSEPICCukBoost PFCBoost PFC控制方式控制方式Boo
3、st PFCBoost PFC控制方式控制方式延续方式CCM临界方式CRM,BCM断续方式DCMCCM( Continuous Current Mode)BCM (Boundary Conduction Mode)CRM( Critical Conduction Mode)DCM (Discontinuous Current Mode)小知识小知识BOOST PFCBOOST PFC控制方式控制方式CCMCCMCCM特点：1峰值电流控制峰值电流控制2滞环电流控制滞环电流控制3平均电流控制平均电流控制适用场所适用场所大功率场所大功率场所可恒定平均电流控制可恒定平均电流控制可变化如滞环控制可变化如
4、滞环控制开关频率开关频率控制方法三种控制方法三种滞环电流滞环电流控制控制CCMBOOST PFCBOOST PFC控制方式控制方式CRMCRM开关频率不固定开关频率不固定BCM特点：可获得单位功率因数可获得单位功率因数1 1适用中小功率场所适用中小功率场所导通时间固定导通时间固定使电感电流一直使电感电流一直处于处于BCM方式方式BOOST PFCBOOST PFC控制方式控制方式DCMDCMDCM特点1、占空比近似不变、占空比近似不变时电感电流的峰值时电感电流的峰值与输入电压成正比。与输入电压成正比。2、输入电流波形自然、输入电流波形自然跟随输入电压波形跟随输入电压波形3、功率管峰值电流大、功
5、率管峰值电流大PFCPFC的控制方法的控制方法: : 延续方式的控制方法延续方式的控制方法峰值电峰值电流控制流控制滞环控制方法滞环控制方法平均电平均电流控制流控制讨论的内容讨论的内容一、延续方式的电感设计一、延续方式的电感设计二、临界延续方式电感设计二、临界延续方式电感设计1 1、确定输出电压、确定输出电压 延续方式的电感设计延续方式的电感设计 输出出电压可以可以选择390410V输入入电压220V，50Hz，变化范化范围是是额定定值的的20%(=20)， 最最顶峰峰值电压是：是： 1输入电网电压变化范围输入电网电压变化范围U in %2输出电压高于输入最高电压的峰值输出电压高于输入最高电压的
6、峰值3输出电压普通是输入最顶峰值的输出电压普通是输入最顶峰值的1.051.1倍倍例如例如1 1、确定输出电压、确定输出电压 延续方式的电感设计延续方式的电感设计U in %2 2、确定最大输入电流、确定最大输入电流 延续方式的电感设计延续方式的电感设计1 1电感感该当在最大当在最大电流流时防止防止饱和。和。2 2最大最大电流流发生在生在输入入电压最低，并且最低，并且输出功率最大出功率最大时。3 3、确定任务频率、确定任务频率 延续方式的电感设计延续方式的电感设计功率器件功率器件效率效率输出功率等级输出功率等级工工作作频率率例如例如输出功率输出功率1500W功率管为功率管为MOSFET开关开关频
7、率率70100kHz 4. 4. 确定最低输入电压峰值时最大占空度确定最低输入电压峰值时最大占空度1 1根据根据BoostBoost电路的公式，占空度最大发生在电路的公式，占空度最大发生在什么时候？什么时候？最大占空度输入电压最小峰值2极限情况，不应呵斥输入电流失真。极限情况，不应呵斥输入电流失真。输出电压输出电压U0太低，在最高输入电压峰值时占空太低，在最高输入电压峰值时占空度非常小，由于功率开关的开关时间限制，能够度非常小，由于功率开关的开关时间限制，能够输入电流不能跟踪输入电压，呵斥输入电流不能跟踪输入电压，呵斥THD加大。加大。 5 5、求需求的电感量、求需求的电感量 延续方式的电感设
8、计延续方式的电感设计电感中电流波形电感中电流波形5 5、求需求的电感量、求需求的电感量 延续方式的电感设计延续方式的电感设计5 5、求需求的电感量、求需求的电感量 延续方式的电感设计延续方式的电感设计电感电流变化量定义系数：定义系数：6 6、利用、利用APAP法选择磁芯尺寸法选择磁芯尺寸 延续方式的电感设计延续方式的电感设计Boost电电路磁芯任路磁芯任务务在在磁化曲磁化曲线线的第一象限。的第一象限。6 6、利用、利用APAP法选择磁芯尺寸法选择磁芯尺寸 延续方式的电感设计延续方式的电感设计小知小知识AP法选择磁芯法选择磁芯:(2)求窗口面积求窗口面积Aw(1)求磁芯有效截面积求磁芯有效截面积
9、A e查表选磁芯型号查表选磁芯型号求A e6、利用AP法选择磁芯尺寸 延续方式的电感设计电感磁芯的任感磁芯的任务在在磁化曲磁化曲线的第一象限的第一象限求磁感求磁感应B的任的任务范范围假设电感线性的假设电感线性的6、利用AP法选择磁芯尺寸 延续方式的电感设计 C最大最大输入入电流不流不饱和和损耗损耗与温与温度的度的关系关系B的的选择选择Boost电电感特点感特点A直流分量很大直流分量很大B磁芯磁芯损耗小于耗小于铜损耗耗6、利用AP法选择磁芯尺寸 延续方式的电感设计 电流密度电流密度N匝匝导线导线的面的面积积窗口系数窗口系数磁芯窗口磁芯窗口面积面积Aw求求Aw6、利用AP法选择磁芯尺寸 延续方式的
10、电感设计 窗口利窗口利用系数用系数B的选择根据：的选择根据：小于B/(1+k) 6、利用AP法选择磁芯尺寸 延续方式的电感设计 输出功率在输出功率在1kW1kW以上，普通采用气隙磁芯。以上，普通采用气隙磁芯。 因环形磁粉芯价钱高，且加工困难。因环形磁粉芯价钱高，且加工困难。但是气隙磁芯在气隙附近边缘磁通穿过线但是气隙磁芯在气隙附近边缘磁通穿过线圈，呵斥附加损耗，这在工艺上该当留意圈，呵斥附加损耗，这在工艺上该当留意的。的。7 7、计算匝数、计算匝数临界界Boost电感感设计1 1、临界延续特征、临界延续特征 CRM CRM电感设计电感设计 以峰值控制法以峰值控制法为例阐明控制为例阐明控制概念概
11、念.CRM控制法控制法1功率开关零电流导通功率开关零电流导通2电感电流线性上升电感电流线性上升3当峰值电流到达当峰值电流到达跟踪的参考电流正弦跟踪的参考电流正弦波时开关关断，电感波时开关关断，电感电流线性下降到零。电流线性下降到零。4开关再次开通。开关再次开通。1 1、临界延续特征、临界延续特征 CRM CRM电感设计电感设计 或或效率输出功率输入电流输入电流有效值有效值输入电压输入电压有效值有效值即即输入功率导通时间与输入电压的平方成正比2 2、确定输出电压、确定输出电压 CRM CRM电感设计电感设计 电感的感的导通伏秒通伏秒该当等于截止当等于截止时伏秒伏秒输出出电压U o一定大于一定大于
12、输入入电压U ip，假，假设输出出电压接近接近输入入电压，在，在输入入电压峰峰值附附近，截止近，截止时间远大于大于导通通时间，开关周期很，开关周期很长，即，即频率很低。率很低。2 2、确定输出电压、确定输出电压 CRM CRM电感设计电感设计 符号定义输入电压高，导通输入电压高，导通时间长，输入的电时间长，输入的电压低，导通时间短压低，导通时间短例题例题 CRMCRM电感设计电感设计 假定导通时间为:Ton=10s;输入电压最小峰值：1.414Uimin/ U o=0.65;根据U o=Ui/(1-D) 得D=0.35假假设输入入电压在在20%范范围变化化;最低最低输入入电压为2200.8=1
13、76V;输出出电压: U o =1.4142200.8/0.65383V.周期为:T=Ton/D=10/0.35=28.57s，频率f=1/28.75s=35kHz。CRMCRM电感设计电感设计在15时，周期为12s,相当于开关频率为83kHz 在最高输入电压时，得到最高电压导通时间T onh(0.8/1.2)2TonL4.444s， 在峰值时的开关周期为TTonh/(1-1.4141.2220/383)176s，相当于开关频率为5.66kHz。 假设将输出电压提高到410V (1)最低输入电压时开关周期为25.45s，开关频率为39.3kHz。 (2)15时为11.864s,开关周期为84.
14、5kHz。 (3)输入最高电压峰值时，周期为49.2s,开关频率为20.3kHz。 (4)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需5倍。而在383V输出电压时，却为18倍。CRM电感设计电感设计结论结论1提高提高输出出电压，开关，开关频率率变化范化范围小，有利于小，有利于输出出滤波。波。2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添加。3220V20%交流交流输入，普通入，普通选择输出出电压为410V左右。左右。4110V20%交流交流输入，入，输出出电压选择210V。CRM电感设计电感设计3 3、最大峰值电流、
15、最大峰值电流 CRM CRM电感设计电感设计 最大最大输入入电流有效流有效值电感中最大感中最大峰峰值电流流4 4、决议电感量、决议电感量 CRM CRM电感设计电感设计 1开关开关频率率应在在20kHz以上，防止噪音。以上，防止噪音。2最高最高输入入电压峰峰值时，开关，开关频率最低。率最低。 假定最高假定最高输入入电压峰峰值的开关周期的开关周期为50s。 选择原那么取5 5、选择磁芯、选择磁芯 CRM CRM电感设计电感设计 磁芯选择原那么应思索最恶劣情况不饱和最低电压输入最低电压输入峰值不饱和峰值不饱和最大最大为减少损耗，应选择饱和磁感应的为减少损耗，应选择饱和磁感应的70%。最大磁通密度最
16、大磁通密度5 5、选择磁芯、选择磁芯 CRM CRM电感设计电感设计 整个窗口整个窗口铜的截面积铜的截面积 单根导线面积窗口系数窗口系数用用AP法选择磁芯尺寸法选择磁芯尺寸 电感线圈圈数6、计算线圈匝数 CRM电感设计 7 7、线圈导线截面积、线圈导线截面积 CRM CRM电感设计电感设计 CRMCRM电感设计电感设计 例题例题例：例：输入入220V20%，输出功率出功率200W，采用采用临界延界延续CRM,假定效率假定效率为0.95。解：输入最大电流为峰值电流临界方式电感设计 例题设输出出电压为410V，最高，最高输入入电压时最低最低频率率为20kHz。即周期。即周期为50s，因此，因此，导
17、通通时间为输入最低电压峰值时的导通时间临界方式电感设计 例题开关周期开关周期为需求的需求的电感量感量 临界方式电感设计 例题假假设采用磁粉芯，采用磁粉芯，选用用铁硅硅铝磁芯。磁芯。电感系数电感系数电感电感选择选择77439,有效磁导率为有效磁导率为60.需求的匝数为需求的匝数为临界方式电感设计 例题 77439的平均磁路长度的平均磁路长度l=10.74cm，磁场，磁场强度为强度为 磁导率为磁导率为60，H21Oe，当磁导率下，当磁导率下降到降到90%时，为了在给定峰值电流时时，为了在给定峰值电流时坚持给定电感量，需添加匝数为：坚持给定电感量，需添加匝数为：临界方式电感设计 例题此时磁场强度H1
18、1121/10522.2Oe，下降到0.88,此时电感量：满足设计要求。最高电压时开关频率提高大约1%。该当留意到这里运用的是平均电流，实践峰值电流大一倍，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0.81/2=0.9，接近0.88。 临界方式电感设计 例题选取电流密度j=5A/mm2，导线尺寸为：选择：核算窗口利用系数:那么:临界方式电感设计 例题77439铁硅铝粉芯外径内径思索第一层实践96匝 第二层只需第二层只需15匝。匝。 PFCPFC的电感计算方法总结的电感计算方法总结1弄清所弄清所选择的控制方法的控制方法 普通来普通来讲延延续方式有：峰方式有
19、：峰值电流控制、平均流控制、平均电流流控制和滞控制和滞环控制等方法。此外控制等方法。此外还有有电感感电流流临界方式界方式和断和断续方式，可以参考相关方式，可以参考相关书籍。籍。2弄清弄清输入参数和入参数和输出参数出参数对电感感设计的影响，的影响，寻觅最最恶劣条件的情况下，假劣条件的情况下，假设电感参数感参数满足足设计要求，那么在任何任要求，那么在任何任务范范围内内电感感设计满足要求。足要求。3计算算电感感时应亲密关注密关注电感上的感上的电流流变化，化，电感上感上电压的的变化及其化及其变化的化的时间即伏秒面即伏秒面积。并。并遵照能量守恒下遵照能量守恒下电感感电流不能突流不能突变的原那么分析。的原
20、那么分析。PFCPFC的电感计算方法总结的电感计算方法总结5利用利用AP法计算法计算 计算磁芯的有效磁芯面积和磁芯窗口面计算磁芯的有效磁芯面积和磁芯窗口面积，再查表选择磁芯。初步设计后并核算窗积，再查表选择磁芯。初步设计后并核算窗口利用系数。口利用系数。4磁性资料设计时应留意磁芯磁场的任务磁性资料设计时应留意磁芯磁场的任务范围，确保在整个任务时间内磁感应密度不范围，确保在整个任务时间内磁感应密度不饱和。并在思索磁芯损耗、任务频率和任务饱和。并在思索磁芯损耗、任务频率和任务温度等条件下选择温度等条件下选择BS。附录附录1 1：常规：常规BoostBoost电路任务的三种方式电路任务的三种方式附录附录2 2：直流输入与交流输入方式比较：直流输入与交流输入方式比较三种三种电感感电流方式流方式CCMCRMDCMCCMDCMDRMPFC电电感感电电流外形流外形PFCPFC电感设计电感设计
