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单周期控制APFC的设计
阅读: 140 |  回复: 4 楼层直达

2021/03/31 21:02:10
1
电气小青年
电源币:0 | 积分:5 主题帖:5 | 回复帖:1
LV1
士兵

此前根据单周期的APFC的原理做了相关实验。

单周期 Boost 结构 APFC电路原理图如图 1 所示。

图1 单周期控制的Boost APFC原理图

   

当输入电流与输入电压无相位差,即变换器相对于输入端呈电阻性时,此时输入功率因数为 1,为理想状态,此时电路满足

式中,Re为变换电路的等效输入电阻。

由上式近一步得

上式即为连续模式下的单周期控制方程。在稳态时,可认为输出电压 Uo是定值,通过调节电感电流iL可以改变等效输入电阻 Re,从而实现了对输入功率的控制。

图2所示为其控制过程中主要的波形图,包括时钟信号Clock、PI调节器输出Vm、积分器输出DVm、比较器的输入Vm-DVm和电感电流iL、RS触发器输出的PWM信号Q。其控制电路的工作过程为:在每个时钟周期内,采样输出电压值与基准电压比较后得到电压误差值,经过PI调节器调节得到Vm,同时积分器对Vm进行积分得到DVm,电感电流iL作为比较器的反相端值,Vm与DVm的差值作为比较器的正向端值,当二者值相等时,比较器的输出端翻转,控制开关管定时关断,同时积分器复位,从而实现了对占空比d的控制。

图2 单周期控制波形图

  

设计单相Boost APFC电路,设计要求:输入电压Uin=100~140V;输入频率fin=50Hz;输出电压Uo=500 V;开关频率fs=20kHz;输出功率Po=500 W。

(1) 整流桥

选择整流桥时,其额定电压必须大于Uin峰值,即

其额定电流由Po和Uin决定,在输入电压最小时输入电流最大,输入电压最小为 100V,取电路效率 η =90%,计算得输入电流的最大值为

考虑设计余量,最终选择 8A/220V 的整流桥。

(2) Boost电感

电感量决定了输入的高频纹波电流,因此电感值的选择主要根据电流纹波的大小。在输入电压最低且输出功率为最大时,此时输入电流纹波最大,该情况下输入电流为

取电感电流的最大脉动是其峰值的 10%,即

计算输入电压处于最小值时的占空比,即

电感值计算如下

实际选择电感值为2mH。

  • (3) 负载电阻

由输出功率Po=500W,输出电压500V,通过公式  ,计算的负载电阻R=500Ω。

  • (4) 输出电容

由于APFC Boost输出电压为2倍工频纹波,纹波大小由输出电流和输出电容C决定,所以根据输出电压纹波△uo来确定C,即

取 ,输出电流Io=Uo/R=1A,计算得C=212μF。取输出电容值为300μF。

    2021/04/01 08:15:02
    2
    水乡电源[版主]
    电源币:372 | 积分:70 主题帖:10 | 回复帖:821
    LV9
    军长

    IR1155S

    带IR专利“单周期控制”的PFC IC
    连续传导模式boost型PFC
    可编程开关频率(48k-200kHz)
    平均电流模式控制
    输出过压保护
    开环保护
    逐周期峰值电流限制

    2021/04/07 19:57:46
    3
    jsapin
    电源币:150 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:117
    LV5
    营长
    支持
    2021/04/09 10:41:07
    4
    daichao
    电源币:30 | 积分:3 主题帖:50 | 回复帖:45
    LV4
    连长
    写的很好,关注了。
    2021/04/13 16:11:51
    5
    lihui710884923
    电源币:495 | 积分:1 主题帖:177 | 回复帖:554
    LV9
    军长
    boost结构的PFC电路的功率因数可以达到1.0?
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