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PFC电感计算详解

导读: 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。

  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(Uin±Δ%),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220×1.2×1.414=373.45V。输出电压可以选择390~410V。

  2. 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

  

  其中: Uimin -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

  

  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

  

  其中: ,k=0.15~0.2。

  6. 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

  

  如果电感是线性的,有

  

  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

  

  因此,面积乘积

  

  其中kw=0.3~0.5窗口填充系数,也称为窗口利用系数。B《B/(1+k)。由此选择磁芯。

  输出功率在1kW以上,一般采用气隙磁芯。因环形磁粉芯价格高,且加工困难,成本高。但是气隙磁芯在气隙附近边缘磁通穿过线圈,造成附加损耗,这在工艺上应当注意的。

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