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大功率无桥PFC研究系列(3)

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ID:72519 发表于 2015-1-22 23:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
上接: 大功率无桥PFC研究系列(2):http://www.51hei.com/bbs/dpj-30913-1.html
经过之前的讨论和权衡,最终决定试制标准无桥PFC的样机。

设计指标输入85-265VAC,输出400VDC,最大输出功率1.5kw,在85V输入时也达到1.5kw

窝选择UCC28019作为核心控制芯片,这是一款单周期平均电流控制的PFC芯片,单周期控制技术只需要采样输入电流和输出电压即可完成PFC功能,传统的CCM模式的PFC芯片需要额外采样输入电压的瞬时值和有效值,这俩在无桥PFC中很难直接采样。因此单周期控制方案成为了首选。

UCC28019的开关频率为固定的65KHz,对于这个1.5kw级别的应用正好,是在电感体积和开关损耗之间的一个不错的平衡
芯片带有超压保护、开环保护、输入电压过低保护、过流保护、过热保护等功能

比较难攻克的地方就是电流采样,幸运的是ST公司的一片应用文档已经给出了不错的解决方案,在这里感谢他们!
图来自ST公司的AN1606文档

这里有L1和L2两个电感,L1对功率管电流进行采样,L2对二极管电流采样,合成之后便是含有高频成分的电感电流波形。
当AC上正下负的时候,当M2开启时L1b和次级传感了M2的电流,M2关闭之后L2则传感了二极管波形
当AC上负下正的时候,当M1开启时L1b和次级传感了M1的电流,M2关闭之后 L1a和L1b产生了相反的磁通,互相抵消,此时L2传感了二极管的电流波形
Q1的作用是为了防止L1的磁芯通过次级的二极管进行磁复位,防止输出的信号含有复位电流成分
由了这个检测方法,就可以准确的反应出电感电流的波形,从而提供给芯片进行功率因数校正

窝计算得到的电流采样电阻为0.018欧,因此互感器就采用1:260的,而次级的负载电阻为4.7欧,较高的互感器初次级比有助于抵消二极管的非线性影响。两个电流互感器用0.2的漆包线绕260圈,然后穿过粗漆包线制成,结构如下:

采用互感器之后,功率回路和信号回路更独立,因此得到的电流信号更纯净

主功率电感和UCC28019的反馈和补偿回路的设计与传统的有桥PFC完全一致,因此可以方便的采用TI公司提供的excel表格进行快速计算。

为了降低EMC问题,输出电感采用双绕组耦合工艺,圈数和传统PFC所需的一样,只不过分成两部分来绕:

窝的电感采用了1.8mm的漆包线绕制,因为是CCM的,所以高频电流成分很少,基本能按照工频标准选择线径
磁环采用90导磁率的77442

控制部分和功率部分的参数如下:



C401和C402用于提供高频回路并降低EMC问题
D407和D408用于在启动的时候给高压电容充电,防止电流冲击电感
继电器用于在PFC正常工作之后短路启动限流的NTC电阻,降低损耗

这是给控制电路供电的开关电源电路,AG_15V用于给软起动电路、同步整流控制电路和低压保护电路供电,电路采用了无光藕的形式,保证了AG_15V那路的输出稳定,反激变换器有交叉调整问题,为了保证PFC芯片得到稳定供电,IC102充当了稳压的作用。


下面介绍其他的一些控制电路
首先是低压保护功能,防止在电网电压过低时PFC输入过大电流而烧毁
这部分电路利用NE555的锁存和比较功能实现,需要结合NE555内部原理分析。输入的AC经过整流滤波后进行检测,当6脚电压大于5脚电压时输出变为低电平,光藕得电工作,AC_GOOD信号传递给PFC芯片使之开始工作,当IC201A的5脚小于5.2V之后,2脚电压变低,3脚输出高电平关闭光藕,此时PFC芯片被禁止工作以达到保护目的。

然后是同步整流控制电路
  
稳压管用于保护比较器,电容用于滤波。之所以用输入AC分压后和一个非零电压比较是为了在Sync1和Sync2之间产生一定死区时间避免同时长时间导通引起炸鸡

最后是软起动电路


最终的PCB:


实物图和带2.4kw负载的图片:







电路图和PCB: 1.5Kw无桥PFC.zip (648.52 KB, 下载次数: 198)
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ID:30164 发表于 2015-5-18 20:16 | 显示全部楼层
感谢分享,有没有图腾柱无桥PFC 1000W的 方案 希望效率做到99.谢谢 !
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ID:110942 发表于 2016-3-26 23:04 | 显示全部楼层
太好了!正需要呢!
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ID:114288 发表于 2016-4-14 21:31 | 显示全部楼层
非常好的一个帖子
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ID:123856 发表于 2016-5-29 18:03 | 显示全部楼层
大神有没有图腾柱啊啊啊啊
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ID:124201 发表于 2016-5-31 11:16 | 显示全部楼层
大神有没有图腾柱啊啊啊啊
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ID:142785 发表于 2016-10-15 14:59 | 显示全部楼层
大爱无疆,感谢楼主
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ID:161273 发表于 2017-1-20 15:24 | 显示全部楼层
大爱无疆,感谢楼主
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ID:68585 发表于 2017-2-20 15:25 | 显示全部楼层
太好了
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ID:141278 发表于 2017-9-21 00:04 | 显示全部楼层
非常好的资料
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ID:204016 发表于 2018-1-17 11:12 | 显示全部楼层
如果三相怎么弄呢,电流怎么采集呢
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ID:357394 发表于 2018-6-23 19:34 | 显示全部楼层
不错, 技术不错!                     
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ID:306675 发表于 2018-11-5 09:56 | 显示全部楼层
好资料,谢谢分享
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ID:628066 发表于 2019-11-3 21:13 | 显示全部楼层

好资料,谢谢分享
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ID:694637 发表于 2020-2-20 17:43 | 显示全部楼层
D407和D408用于在启动的时候给高压电容充电,防止电流冲击电感,D408有充点电阻限流给电容充电,D407没有限流电阻,有没有什么隐患?
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ID:48121 发表于 2020-8-15 15:15 | 显示全部楼层
精彩好文,感谢作者无私奉献
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ID:137526 发表于 2021-2-15 18:14 | 显示全部楼层
有没有图腾柱无桥PFC啊 想做5000W方案
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