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基于并联交错UCC28070设计的2.5KW功率因数校正PFC

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。

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2013-06-07 19:50

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邓真兵
LV.6
3
2013-06-07 21:51
@天涯浪子88
[图片]

占个沙发

 

 

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2013-06-07 21:52
好啊,兄弟,就等你出手啦。
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hnzkwz
LV.7
5
2013-06-07 22:23
大侠用的什么mos,膜拜中
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345295362
LV.6
6
2013-06-07 23:42
@hnzkwz
大侠用的什么mos,膜拜中
FA28N50,对MOS没什么要求。
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345295362
LV.6
7
2013-06-07 23:42
@宛东骄子
好啊,兄弟,就等你出手啦。

骄子出面真是荣幸。哪能跟你比哦

0
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xiaqing
LV.7
8
2013-06-09 09:29
专业级的设计,跟进!
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2013-06-11 20:22
@xiaqing
专业级的设计,跟进!

输出电压可调吗?

谢谢

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345295362
LV.6
10
2013-06-12 17:39
@我叫无名无姓
输出电压可调吗?谢谢
输出可以在380-400V之间调。
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知而行
LV.3
11
2013-07-10 17:01
总觉得输出电流峰值的计算有问题,能详细推导下吗?
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345295362
LV.6
12
2013-07-11 19:42
@知而行
总觉得输出电流峰值的计算有问题,能详细推导下吗?
呵呵,怎么说呢?
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bobo115
LV.1
13
2013-07-17 21:47
关注
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vensn
LV.2
14
2013-07-26 10:14
这IC 如果去了电流感应变压器,直接用sense电阻是否可以做?
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345295362
LV.6
15
2013-07-28 01:46
@vensn
这IC如果去了电流感应变压器,直接用sense电阻是否可以做?
不清楚,应该不好做。
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2013-08-05 10:04
@345295362
不清楚,应该不好做。
好贴就要顶起,讲解很仔细 
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raulgu
LV.4
17
2013-08-06 23:08
@世纪逆变
好贴就要顶起,讲解很仔细 
学习学习
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154545169qq
LV.7
18
2013-11-05 01:41

不错比较详细,能不能卖套空板给我玩下

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lrh_6215
LV.1
19
2019-07-18 19:40

请版主指教,我搞了个1KW的实验板,用TI的表格计算的,在单路调试时发现电感电流不是CCM模式,输出加大到电感接近饱和都不能CCM,请问是什么原因造成的,频率65K,电感量290UH,90V输入,PF0.99,220V输入时,PF0.98.

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zzqz
LV.1
20
2019-10-03 20:46
@lrh_6215
请版主指教,我搞了个1KW的实验板,用TI的表格计算的,在单路调试时发现电感电流不是CCM模式,输出加大到电感接近饱和都不能CCM,请问是什么原因造成的,频率65K,电感量290UH,90V输入,PF0.99,220V输入时,PF0.98.

你好,问一下,28070可以先调控制部分吗?

还是加主电直接调?我今天加控制电,没有驱动输出啊

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jlh213
LV.6
21
2020-03-06 11:31
好帖!也打算做一个!请问下,PFC的电感磁环的设计选型怎么考虑的?为什么是2个并联使用?没看到你计算在该情况下,电感是否会饱和。UCC28070交错的设计PFC电感是按每个总功率是3.3kW输出设计的。所以电感在计算是比较小。
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