基於L4981控制的无桥PFC控制器的设计.pdf
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基於基於L4981控制的無橋控制的無橋PFC控制器的設計控制器的設計L4981PFC控制器控制器L4981PFC控制器的應用特性,這是一個高性能器件,它系以平均電型模式,驅動輸出級可驅動1.5A,這對此應用至關重要.器件細節描述AN628,功能方框圖圖1.無整橋無整橋PFC的扑描述的扑描述傳統升壓式扑是PFC應用中最有效的,它用於整橋之后,由整橋將AC變為DC,然後加Boost扑,圖2.這種結構對中,小功電源是適宜的,隨著功的加大,二管極橋的損耗已使散熱困難.無橋電扑解決仍舊使用Boost扑而節橋損耗的方法,其簡化電如圖3所示.從功能點著眼,它很系個共地Boost變換器,傳統上電會過整橋的支二極管,而在無橋扑中,電僅過一個功MOS的體二極管,作回程通.為分析此電的工作,將其分成個部分,第一部分工作在Boost級,而另一部分則工作在交AC的返回通,圖4.左邊,在AC正半周時為Boost變換器,右邊在負半周時為電返回通.正半周工作周期正半周工作周期.當AC.輸入電壓為正時,M1的柵由控制器驅動.電從輸入經過電感,儲能,M1關斷時,電感中能通過D1進入電容及負載.而回程經過M2體二極管.回到AC源.(圖4A)在MOS關斷時,電感中電經升壓二極管,至電容及負載.負半周期工作負半周期工作.在負半周.如圖4B所示,M2開啟,電經電感,儲存能.在M2關斷時,能通過D2釋放,然後經負載並经M1的體二極管返回.注意,個功MOS是同時驅動的,沒有分哪部分為主動升壓,哪部分做電回.在每種情況下電回程的功耗都低.電檢測電檢測.PFC部分功能需控制主回過電,它很象電壓波形.根據此需要,要檢測此電,並將此信號送到控制電.在平均電型控制中,檢測此整電相當於檢測AC電.於是可用檢測電阻完成.如圖5A.L4981.A/B的電環的設計去掌握此信號.這很容實現.但在大功時,就必須用電互感器,以改善效.如圖5B.在無橋PFC扑中,由於采用整橋.電續變換方面,使電檢測變得雜,此外大功應用時,功耗也大.因此,要用互感器.一個電互感器磁芯典型為鐵氧體.初級僅1匝.次級一般為50T或100T.電互感器在低頻下是能工作的.因此,它必須加在高頻電開關處,且磁芯還必須能位.這通常用二極管完成.為減小升壓扑中的電感電.采用個電互感器共同完成,如圖5b.當檢測變壓器加入無橋的PFC時,也可象圖5b一樣,要長時間有效.比Boost情況雜.這有一對MOS.(M1.M2)及一對二極管(D1.D2).我們將信號合成在一起.檢測二極管電用互感器法可以簡化.在二極管後用一個電互感器即可.每半周只有一支二極管工作.對於功MOS部分.則必須用個.使用結構圖6,用太雜即可完成.個合並在一起,二次側采用中心抽頭方式,加個二極管整即可.由於偶合的繞組可用L1的去磁.用一輔助晶體管Q1在其關斷期間使其開,對L4981控制器.脫線可確保少於周期的5%.Q1可以是一小信號晶體管,因為其開關電流很小,互感器二次匝很多.為電互感器,要用一高值磁芯.(5000).二次用50T.其它控制電其它控制電.輸入電壓檢測,在標準升壓扑中,整輸入電壓波形的檢測采用電阻.並由一個內部電將其鏡象後進入乘法器.無橋PFC之完整電圖7這是基於如下考慮.有用信號之頻.遠低於開關頻(KHz)升壓電感在低頻時,如同短.由於功MOS極開關接至地.(經體二極管)結果其等效電如圖7B.其電壓關系電關系如入Iac端一樣,為代入之後,得:
極點必須位於頻的高端,而沒有使輸入波形畸變.在此同時,低端要掉開關頻.在本應用中,等效電阻選作Reg=324K.它剛好滿足電放大器的設計.結果是R1為300K,R2為12K.極點位於開關頻前面的十倍進位處.實際上,在我們的測試中,2.7nf的標準值被選用.電壓前饋電壓前饋電壓前饋,在寬輸入電壓範圍時有用的功能.它需要與rm3成比的DC電壓即主輸入電壓值.對於L4981.此值為1.5V5.5V之間.為此可以鏡象出很寬的變化範圍.由於整出的主頻為100120Hz.我們需要對此頻有一個大的抑制.由於前饋作用時間正比於帶寬,我們介紹一個第二級的波器.它容許在基波頻与響應時間的衰減之間有很好的折衷.圖8給出與圖7很相象的態.定義HLP(S)電感電壓和波輸出VLP之间的傳輸函,我們有如下關系式:
時間常以簡單方式展示出,極點的位置可以相從計算.常KLP根據寬範圍定義.V_即88V至264V之間.選擇計算這個值在某中間點上.為滿足這一點,要選擇:
對於電容我們設置基頻80db的衰減,使用商用值.此設計在3Hz及4Hz處有個極點並在100Hz處有80db衰減.實際子.本篇應用注意中上述要點所描述的電扑是獨特的,其餘要點對PFC設計都很象.標準模式的PFC升壓式應用采用L4981.從現在開始,我們可以照設計實.實際上,為提升所描述的電路結構的轉換效,采用一對MOS,為評估目的,用PCB板實現它.讓我們設計一個800W的PFC.目標:
1.寬輸入範圍電壓從110Vrms到220Vrms.2.輸出功800W.3.輸出電壓400VDC.開關頻為50KHz.此選擇為平衡磁芯尺寸及MOS開關損耗.升壓電感設計升壓電感設計.升壓電感的設計,綜合電紋波百分比及骨架成本,此部分設計與標準扑時相同.在本應用中,放置單一電感接到相之一,也可選擇采用個電感(繞組在同一磁芯上),如圖9所示.這種模式改善共模抑制,並防止個功MOS的電容之間的差.為簡化模型假設接近1的耦合因子,導致電示於圖9.電感正比於匝的平方,對個繞組有(整個)所需匝,由給定的電感,根據在同一磁心上,同樣的個繞組感相同.其差別僅在於個繞組分成各自獨的部分.為簡化,我們可以設計一個耦合電感,用同樣的準則同樣的匝及同樣的導線制作的標準電感.對磁芯,要設計成一個有空氣隙的裝置.磁芯尺寸可選擇在最大Ipk之下,對800W的目標可超過14A.(含Ipk=15A)對於800W,正常電紋波選擇25,升壓電感為450H.磁芯需要可選E66/33/27,它的關鍵如下:
氣隙大小要防止其飽和,並將磁芯尺寸最佳化,選3mm使用方式如下:
此結果確認此磁芯為最小尺寸.用下面公式求匝,需設計整個的感L.結果求出N=38T,在我們的方案中為19T+19T.為減少高頻損耗,繞組采用多根導線並繞,可以估算出低頻電的損耗.用下面的公式.此處用20根並,每根直徑0.4mm.輸出波電容輸出波電容對輸出的大電解電容,我們考慮100Hz可的電壓紋波.此處f為輸入頻.選用10Vac峰,電壓變化(在400V上疊加).Co值應為318F,選330F.功器件功器件選擇的功器件,取決於扑及應用環境的空間尺寸.工作在續電型帶快速恢二極管的品種.在STM系中600V電壓升壓二極管選為STTH8R06FP,為TO-220封裝,很加裝散熱片.功MOS需要500V擊穿電壓,為找到最佳方案.必須考慮全部影響功耗的及成本性能比.對比800W應用選擇STY34NB50F.共計用四支功MOS,用附加驅動器.L4981即可驅動.800W無整橋評估電如下(圖10)材單如下:
注:
對於評估電及外部耦合電感,EMC.此處使用共模電感30T30T,導線0.8mm.(40179mm.磁芯).磁化電感.Lm=8mH.感小於50H.下面給出600W無橋PFC的目標.1.輸入電壓110V220Vrms2.PO=600W3.VO=400V.開關頻75KHz.減小磁芯尺寸及功MOS電.升壓電感.L=440H,電紋波22%,磁芯E55/28/21.气隙2.5mm.N=42,采用21T+21T.仍用多根並.Pcu3.8W.14根並,導線0.4mm,直徑.輸出電容330F/450V.功器件功器件.升壓二極管與800W同.STTH8R06FP.功MOSFET.改為2支.STW26NM50F.600W無整橋PFC電如下(圖11).材單如下:
結結革命性的無整橋PFC,電扑成功地提升效.圖12給800W的效曲線.評估結果.(表格).
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