大功率PFC电感计算.doc

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1、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（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~

2、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(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

3、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=0.15~0.2。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(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

4、注意的。5.计算匝数(7)6.计算导线尺寸（略）临界连续Boost电感设计1.临界连续特征Boost功率开关零电流导通，电感电流线性上升。当峰值电流达到跟踪的参考电流（正弦波）时开关关断，电感电流线性下降。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

5、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220×0.8，输出电压为Uo=1.414×220×0.8/0.65＝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（1

6、2）得到最高电压导通时间Tonh＝(0.8/1.2)2×TonL＝4.444μs，在峰值时的开关周期为T＝Tonh/(1-1.414×1.2×220/383)＝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39.3kHz。15°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

7、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，220V±20%交流输入，一般选择输出电压为410V左右。110V±20%交流输入，输出电压选择210V。1.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）2.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）