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基于并联交错UCC28070设计的2.5KW功率因数校正PFC
阅读: 11240 |  回复: 44 楼层直达

2013/06/07 16:09:42
1
345295362
电源币:419 | 主题帖:15 | 回复帖:122
LV6
团长

QQ截图20160321155901  我是工程师第三季 携万元大奖强势回归


出于应用要求,最近开发了一台基于UCC28070为控制芯片2500W的功率因数校正PFC。

输入电压:85V-265V,输出390V。

PF:0.9-0.99,

效率:≥96%

输出功率最大3400W。

磁环电感采用2个40MM铁硅铝绕制电感量为300uH电感

实物图如下:

 

输出电容用了3个330UF的电容,相对来说有点偏小,因为这版设计是配套1500W逆变器后级用在在线式UPS上面,加上逆变桥的电容就能达到要求了。

整机发热方面最严重的还是整流桥堆,目前采用的是2个25A600V的桥堆并联,设计时没想50A的桥堆用到到2500W的时候热量还是挺大的,总体来说整机功率管的热量要小于桥堆。这是整机的一点不足之处。需要单独加以小风扇给桥堆散热。

下面是整机工作时的输入电压和输入电流波形:

 

 

从图中可以看出电流波形已经基本正弦化,同步于输入电压。

下图为PFC2个电感的电流波形:

 

这里没有上传细节电感电流展开的波形,实际中2电感电流是交错180度的。

下图为高压直流输出的电流波形:

 

从图中可以看出电流为跟随市电电压100HZ的电流波形。

下面是整机的原理图的主要部分。

基于UCC28070-2KW功率因数校正PFC的应用设计 

整个设计参考TI给出的设计手册:

整个设计的开始,定义自己设计的要求:

 

因为本机没有采用SIC整流二极管,所以频率不能太高。做到75KHZ为最高。

上面整机图片所用的是75KHZ的参数,此前做到100KHZ做过实验,普通快恢复在100KHZ下发热量极大。

所以用快恢复做的输出二极管建议频率为38KHZ-75KHZ,

本设计详细介绍63KHZ下各各参数的计算:

首先确定PFC2电感的电感量:

 

 

从图中计算公式上面的42.2uH为PFC电感的最低电感量,由于TI设计手册提到了电感的摆动,但是没有详细的计算公式,本人在网上也找不到相关资料介绍,所以这里凭经验选择250uH到300uH。实际所采用的是300uH电感来做PF。

下面计算出3.3KW时输出电容的大小:

 

从计算中得到电容为2110uF。

下面对功率器件选型,首先要计算出整机最大工作电流:

 

图中可以看出,MOS管的峰值电流达到53A,平均电流17.56A,所以要选择合适的功率机器,一般选择1.5-2倍的余量来设计,本案例中用到2只FQA28N50并联来做。当然也可以用其它型号单只MOS来做。

下面是输出整流二极管的选型:

 

我们可以选择10A-15A或以上二极管来做,本案例中利用了现有的RHRP30N60来做。


下面对电感电流检测互感器CT的设计:

 

本案例中使用1:200匝比的互感器,输出峰值电流为250MA。

从TI手册设计公式计算得到大约1:550的匝比,就方便而选型,我这里用到1:200。而且TI手册推荐互感器匝比在50-200之间。所以我这里没有用到公式来选型。

 

从公式计算得到互感器电感量最少不能低于7.6MH,实际我们选择的互感器电感量是135MH左右,相差还是甚远。

所以有时候还是得灵活运用。

下面计算出电流采集电阻RS的选择。

 

 

根据计算,整流二极管的耐压不得低于115V。那么我们选型就有个标准参考了.

 

 

 

下面计算出峰值电流限制3.7V的分压电阻以及频率占空比的电阻:

 

下面对电压反馈量的计算,得到分压网络的电阻值:

 

 

下面对电压反馈比较起输出端的电压环路进行设置:

 

 

 

通过计算,我们按照标准原件值来选择得到:

RZV=100k,CPV=1.5NF,ZCV=1.5UF(利用1uF和474来并联得到)

下面对RSYN电阻计算进行选型:

 

下面计算出IMO电阻的值:

 

下面我们对CAO的各项原件值大小进行计算:

 

 

通过计算,我们很容易得到RZC,CZC,CPC元件的值。


下面我们对软启动时间对软启动电容值进行选型:

 

下面我们对降低EMI干扰的频率抖动参数进行计算:

 

总结:

通过一些列的计算,是不是把复杂的原件变得简单化。

之前这台PFC在设计过程中,正式因为想偷懒,没有计算,导致我折腾很长时间。这次把自己的设计过程跟大家分享,就是不想大家在设计过程中走太多弯路。本人对PFC研究不深,如有什么不足之处,希望大家能及时指正。一起共同学习。






标签 PFC
4.5-42VIN 3.5A汽车降压转换器 IO-Link数字输入集线器参考设计 具有高效休眠模式的 40V 300/600mA 降压稳压器
宽输入电压双输出两相同步降压控制器 面向汽车类板载充电器系统的电压和电流测量 宽输入电压、同步降压转换器恒定导通时间评估模块
增强产品快速瞬态响应1A低压降稳压器 采用扫描接口的LC传感器的水表 用于 RF/模拟电路的超低噪声、300mA 线性稳压器
2013/06/07 21:38:49
2
fly[版主]
电源币:661 | 主题帖:10 | 回复帖:984
LV9
军长

好贴!

你的电流波形是用电阻检测出来的吧?好大的毛刺

2013/06/07 23:43:37
3
345295362
电源币:419 | 主题帖:15 | 回复帖:122
LV6
团长
测量保险丝2端的,这一版只能做到这样了
2013/06/10 10:13:52
4
dulai1985
电源币:360 | 主题帖:458 | 回复帖:1164
LV10
司令
观摩~~
2013/06/10 10:16:48
5
junestar520
电源币:952 | 主题帖:26 | 回复帖:483
LV9
军长

好贴必顶!

2013/06/10 10:29:35
6
higel
拆机版纪念勋章
电源币:1275 | 主题帖:23 | 回复帖:449
LV8
师长

计算很详细 


收藏了!

2013/12/17 22:46:00
31
linss
电源币:890 | 主题帖:2 | 回复帖:335
LV5
营长
2013/06/10 11:22:19
7
ta7698
电源币:4831 | 主题帖:39 | 回复帖:2015
LV9
军长
2013/06/10 11:34:36
8
黄梁两梦
电源币:39 | 主题帖:2 | 回复帖:19
LV2
班长
好贴!!!果断收藏
2013/06/11 09:34:49
9
rainever
电源币:393 | 主题帖:27 | 回复帖:519
LV8
师长

楼主能不能贴100ac进的电流图? 

没注意到你用继电器? NTC是一直串联的?

板子尺寸多大?

2013/06/11 10:26:38
11
345295362
电源币:419 | 主题帖:15 | 回复帖:122
LV6
团长

100VAC只有小电流电源,基本都是一样的,目前没有大电流的设备测试100VAC满载。

继电器配合热敏电阻做的缓冲电路,防止启动瞬间高压电容充电的冲击电流。辅助电源开机的延时,起到一个缓冲的过程。


2013/06/11 11:07:32
12
贴片机
电源币:8 | 主题帖:119 | 回复帖:572
LV8
师长
是放在输出端了,而不是一般的输入端...
2013/06/11 11:46:51
13
rainever
电源币:393 | 主题帖:27 | 回复帖:519
LV8
师长

有看到在电容下边有像继电器,不过体积很小,如何满载100vac的>30A电流?所以以为你没relay。

建议楼主找机会实测下低压参数。

2013/07/02 12:15:25
16
smps
电源币:22 | 主题帖:21 | 回复帖:199
LV6
团长

继电器配合热敏电阻做的缓冲电路

能否上一个这个电路,想学习下。我打算做一个1KW ccm pfc

2013/07/03 00:17:59
17
345295362
电源币:419 | 主题帖:15 | 回复帖:122
LV6
团长
缓冲电路很简单嘛,辅助电源启动需要一定时间,这器件电容电已经冲满,直接用辅助电源给继电器供电就OK了
2013/06/11 10:19:06
10
贴片机
电源币:8 | 主题帖:119 | 回复帖:572
LV8
师长

学习

2013/06/16 21:06:08
14
IGBT2010
电源币:189 | 主题帖:17 | 回复帖:478
LV8
师长
好贴,顶楼主,感谢楼主的详细解说,学到了很多!!!
2013/06/16 23:46:06
15
xianfjq
电源币:0 | 主题帖:25 | 回复帖:259
LV7
旅长
不错!
2013/07/30 07:45:10
18
haneaton
电源币:0 | 主题帖:7 | 回复帖:1
LV2
班长

我想问下楼主整机成本大概多少?整流桥散热器尺寸如何?电流sense变压器选的哪家的?多谢!

2013/07/30 15:37:55
19
345295362
电源币:419 | 主题帖:15 | 回复帖:122
LV6
团长
成本大概是300左右,散热器是69*100,电流互感器是自己做的,要的话可以联系我。
2013/07/30 22:19:13
20
haneaton
电源币:0 | 主题帖:7 | 回复帖:1
LV2
班长
非常感谢,什么器件比较贵,我觉得不至于到300吧,我现在也在自己做PFC+DCDC,听你说300,我觉得太贵了,我想要不要用UCC28070了
2013/07/31 07:03:41
21
345295362
电源币:419 | 主题帖:15 | 回复帖:122
LV6
团长
呵呵
2013/07/31 15:04:53
22
hanbing0713
电源币:20 | 主题帖:3 | 回复帖:51
LV4
连长
收藏
2013/08/29 10:36:39
23
Graysky
电源币:0 | 主题帖:0 | 回复帖:38
LV3
排长

很详细!

2013/10/31 06:09:12
24
154545169qq
电源币:41 | 主题帖:27 | 回复帖:171
LV7
旅长

请问你选的多大导磁率的磁环 磁环铜线电流取的多少安1平方MM

2013/12/12 22:28:42
25
hamwywj
电源币:0 | 主题帖:1 | 回复帖:7
LV2
班长
楼主,我现在也在用28070做3KWPFC,现在有点问题,加100W负载,就会出现输出电压不稳。请指点一二!
2013/12/13 07:24:45
26
75482758
电源币:43 | 主题帖:10 | 回复帖:391
LV6
团长
好贴要顶
2013/12/14 21:39:46
27
linss
电源币:890 | 主题帖:2 | 回复帖:335
LV5
营长

太精辟了,做个记号。

2013/12/17 11:27:31
28
地瓜patch
电源币:943 | 主题帖:48 | 回复帖:267
LV7
旅长
楼主的板子做的很漂亮啊,这么大功率做到这么高的效率,很厉害
2013/12/17 16:51:25
29
wkdchina
电源币:0 | 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
楼主你算得峰值电流有点大,110VAC最多1700w输出,估计这原因电感值计算过小。我想Vinmin175V就可以。电感磁芯如何选择啊,大家有详细的计算公式么?
2013/12/17 17:14:56
30
dq8259
电源币:276 | 主题帖:0 | 回复帖:93
LV5
营长
之前跟着师父用28070做过一款3KW,看了楼主的案例分析,觉得自己还差得远。
2013/12/18 20:44:03
32
btma
电源币:25 | 主题帖:2 | 回复帖:725
LV8
师长
非常好!仔细看看。
2013/12/21 16:14:07
33
zbl7214
电源币:0 | 主题帖:10 | 回复帖:36
LV5
营长
正在学习PFC,有些公式只看到结果,不知道怎么来的,疑惑!
2013/12/21 17:58:26
34
345295362
电源币:419 | 主题帖:15 | 回复帖:122
LV6
团长
我是用软件自动计算的,只要定义好参数,就可以自动显示结果,所以没有中间的计算步骤,需要自己仔细看了。
2013/12/27 23:21:09
35
导弹不捣蛋
电源币:8 | 主题帖:4 | 回复帖:9
LV3
排长

楼主有图有真相,有设计过程有样机,非常佩服!小弟还是学生一枚,刚要接触这款芯片,有一点疑问,希望能得到楼主解答:

1、关于输出整流管的选择。楼主这里给出的公式为:

小弟认为不对。由于是两个BOOST交错,因此每个输出二极管应该是分担总电流的一半,应该是4.23A。当然,楼主以8.46A选择管子,相当于余量取大点儿,也无不可,只是成本大概是增加了。

2、关于BOOST电感的选择。小弟看了一些资料,也试着去计算这个电感感值,但计算的结果总是几十uH左右。但是网络上的资料,论文也好,帖子也好,均选择300uH左右,楼主这里出于经验也是一样的选择。这给小弟很大的困惑,按照计算公式算出的感值,究竟有没有参考价值,能不能用。感觉大多数的人都是参照TI的设计手册中的300uH。

希望楼主能给小弟解惑,万分感谢!

2014/01/12 04:13:51
36
345295362
电源币:419 | 主题帖:15 | 回复帖:122
LV6
团长
这个也是看经验选择电感的,有一篇叫库比什么的文章里面有关于升压BOOST电感的详细计算方法,但是我找不到这篇文章,主要是考虑到电感的一个磁摆率的问题,公式中计算出来的是电感的最小值,实际使用电感要取大一点,就是计算出电感的最大值和最小值取中间的就行了。交错PFC对电感不是很严格,大一点小一点关系不是很大,所以不用很纠结这个问题,实际调试看看再做改动。
2014/05/09 15:12:32
37
prazisa
电源币:0 | 主题帖:0 | 回复帖:6
LV1
士兵

很好,谢谢!

能否测85VAC 输入时的效率?可能降8个点。

2014/09/24 15:01:12
38
电源网-丁丁
电源币:2 | 主题帖:41 | 回复帖:23
LV4
连长
本帖已经被小编整理为电子信息网的技术文章啦~!~~~撒花~~~感谢楼主的贡献和大家的积极讨论!~
2015/01/30 16:36:39
39
fifasanguo
电源币:376 | 主题帖:18 | 回复帖:128
LV5
营长

楼主,这套板子和材料卖吗?多钱啊?合适的话卖我2套我测试下,方便的话把价格发我邮箱或者加我QQ,邮箱:21036719@qq.com

2015/10/20 21:41:02
40
那个谁200
电源币:87 | 主题帖:4 | 回复帖:5
LV3
排长
点赞顺便收藏。还想问一下楼主,那个TI的设计参考在哪里找的,计算用的表格能否分享一下。
2016/02/10 13:33:15
41
samjazz
电源币:0 | 主题帖:2 | 回复帖:8
LV2
班长
学习学习
2016/02/20 12:52:13
42
李强B
电源币:0 | 主题帖:0 | 回复帖:9
LV1
士兵

冷眼旁观

2016/04/02 09:29:29
43
sxp566
电源币:6 | 主题帖:3 | 回复帖:10
LV3
排长
楼主,你电源轻载(比如20% 负载)的时候THD、功率因素怎么样?能到能到多少?
2016/11/04 23:10:18
44
smartway
电源币:0 | 主题帖:13 | 回复帖:32
LV4
连长
请问楼主这个芯片能否用于BUCK架构?
2017/02/13 22:30:15
45
peter_yu
电源币:2 | 主题帖:0 | 回复帖:41
LV3
排长

谢谢楼主分享,学习学习。

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