大功率無橋PFC研究系列(3)

ID:72519 · 發(fā)表于 2015-1-22 23:11

上接：大功率無橋PFC研究系列(2):http://m.zg4o1577.cn/bbs/dpj-30913-1.html
經(jīng)過之前的討論和權衡，最終決定試制標準無橋PFC的樣機。

設計指標輸入85-265VAC，輸出400VDC，最大輸出功率1.5kw，在85V輸入時也達到1.5kw

窩選擇UCC28019作為核心控制芯片，這是一款單周期平均電流控制的PFC芯片，單周期控制技術只需要采樣輸入電流和輸出電壓即可完成PFC功能，傳統(tǒng)的CCM模式的PFC芯片需要額外采樣輸入電壓的瞬時值和有效值，這倆在無橋PFC中很難直接采樣。因此單周期控制方案成為了首選。

UCC28019的開關頻率為固定的65KHz，對于這個1.5kw級別的應用正好，是在電感體積和開關損耗之間的一個不錯的平衡
芯片帶有超壓保護、開環(huán)保護、輸入電壓過低保護、過流保護、過熱保護等功能

比較難攻克的地方就是電流采樣，幸運的是ST公司的一片應用文檔已經(jīng)給出了不錯的解決方案，在這里感謝他們！
圖來自ST公司的AN1606文檔

這里有L1和L2兩個電感，L1對功率管電流進行采樣，L2對二極管電流采樣，合成之后便是含有高頻成分的電感電流波形。
當AC上正下負的時候，當M2開啟時L1b和次級傳感了M2的電流，M2關閉之后L2則傳感了二極管波形
當AC上負下正的時候，當M1開啟時L1b和次級傳感了M1的電流，M2關閉之后 L1a和L1b產(chǎn)生了相反的磁通，互相抵消，此時L2傳感了二極管的電流波形
Q1的作用是為了防止L1的磁芯通過次級的二極管進行磁復位，防止輸出的信號含有復位電流成分
由了這個檢測方法，就可以準確的反應出電感電流的波形，從而提供給芯片進行功率因數(shù)校正

窩計算得到的電流采樣電阻為0.018歐，因此互感器就采用1：260的，而次級的負載電阻為4.7歐，較高的互感器初次級比有助于抵消二極管的非線性影響。兩個電流互感器用0.2的漆包線繞260圈，然后穿過粗漆包線制成，結構如下：

采用互感器之后，功率回路和信號回路更獨立，因此得到的電流信號更純凈

主功率電感和UCC28019的反饋和補償回路的設計與傳統(tǒng)的有橋PFC完全一致，因此可以方便的采用TI公司提供的excel表格進行快速計算。

為了降低EMC問題，輸出電感采用雙繞組耦合工藝，圈數(shù)和傳統(tǒng)PFC所需的一樣，只不過分成兩部分來繞：

窩的電感采用了1.8mm的漆包線繞制，因為是CCM的，所以高頻電流成分很少，基本能按照工頻標準選擇線徑
磁環(huán)采用90導磁率的77442

控制部分和功率部分的參數(shù)如下：

C401和C402用于提供高頻回路并降低EMC問題
D407和D408用于在啟動的時候給高壓電容充電，防止電流沖擊電感
繼電器用于在PFC正常工作之后短路啟動限流的NTC電阻，降低損耗

這是給控制電路供電的開關電源電路，AG_15V用于給軟起動電路、同步整流控制電路和低壓保護電路供電，電路采用了無光藕的形式，保證了AG_15V那路的輸出穩(wěn)定，反激變換器有交叉調整問題，為了保證PFC芯片得到穩(wěn)定供電，IC102充當了穩(wěn)壓的作用。

下面介紹其他的一些控制電路
首先是低壓保護功能，防止在電網(wǎng)電壓過低時PFC輸入過大電流而燒毀

這部分電路利用NE555的鎖存和比較功能實現(xiàn)，需要結合NE555內(nèi)部原理分析。輸入的AC經(jīng)過整流濾波后進行檢測，當6腳電壓大于5腳電壓時輸出變?yōu)榈碗娖剑馀旱秒姽ぷ鳎珹C_GOOD信號傳遞給PFC芯片使之開始工作，當IC201A的5腳小于5.2V之后，2腳電壓變低，3腳輸出高電平關閉光藕，此時PFC芯片被禁止工作以達到保護目的。

然后是同步整流控制電路

穩(wěn)壓管用于保護比較器，電容用于濾波。之所以用輸入AC分壓后和一個非零電壓比較是為了在Sync1和Sync2之間產(chǎn)生一定死區(qū)時間避免同時長時間導通引起炸雞

最后是軟起動電路

最終的PCB：

實物圖和帶2.4kw負載的圖片：

電路圖和PCB：

1.5Kw無橋PFC.zip (648.52 KB, 下載次數(shù): 200)

ID:30164 · 發(fā)表于 2015-5-18 20:16

感謝分享，有沒有圖騰柱無橋PFC 1000W的方案希望效率做到99.謝謝！

ID:110942 · 發(fā)表于 2016-3-26 23:04

太好了！正需要呢！

ID:114288 · 發(fā)表于 2016-4-14 21:31

非常好的一個帖子

ID:123856 · 發(fā)表于 2016-5-29 18:03

大神有沒有圖騰柱啊啊啊啊

ID:124201 · 發(fā)表于 2016-5-31 11:16

大神有沒有圖騰柱啊啊啊啊

ID:142785 · 發(fā)表于 2016-10-15 14:59

大愛無疆，感謝樓主

ID:161273 · 發(fā)表于 2017-1-20 15:24

大愛無疆，感謝樓主

ID:68585 · 發(fā)表于 2017-2-20 15:25

太好了

ID:141278 · 發(fā)表于 2017-9-21 00:04

非常好的資料

ID:204016 · 發(fā)表于 2018-1-17 11:12

如果三相怎么弄呢,電流怎么采集呢

ID:357394 · 發(fā)表于 2018-6-23 19:34

不錯, 技術不錯!

ID:306675 · 發(fā)表于 2018-11-5 09:56

好資料，謝謝分享

ID:628066 · 發(fā)表于 2019-11-3 21:13

好資料，謝謝分享

ID:694637 · 發(fā)表于 2020-2-20 17:43

D407和D408用于在啟動的時候給高壓電容充電，防止電流沖擊電感，D408有充點電阻限流給電容充電，D407沒有限流電阻，有沒有什么隱患？

ID:48121 · 發(fā)表于 2020-8-15 15:15

精彩好文，感謝作者無私奉獻

ID:137526 · 發(fā)表于 2021-2-15 18:14

有沒有圖騰柱無橋PFC啊想做5000W方案

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