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無橋APFC 2014年結束之前終于做出來了!

這玩意窩前后苦思冥想折騰了快1年的時間啊啊啊 在2014年的最后一天終于做好了!

 

設計指標輸入85-265VAC,輸出400VDC,持續輸出功率1.5kw,在85V輸入時也得達到1.5kw

 

窩選擇UCC28019作為核心控制芯片,這是一款單周期平均電流控制的PFC芯片,單周期控制技術只需要采樣輸入電流和輸出電壓即可完成PFC功能,傳統的CCM模式的PFC芯片需要額外采樣輸入電壓的瞬時值和有效值,這倆在無橋PFC中很難直接采樣。因此單周期控制方案成為了首選。

 

其他公司類似的芯片還有安森美NCP1654、英飛凌ICE1PCS02、ICE2PCS02、ICE3PCS02等

 

UCC28019的開關頻率為固定的65KHz,對于這個1.5kw級別的應用正好,是在電感體積和開關損耗之間的一個不錯的平衡芯片帶有超壓保護、開環保護、輸入電壓過低保護、過流保護、過熱保護等功能

 

比較難攻克的地方就是電流采樣,幸運的是ST公司的一片應用文檔已經給出了不錯的解決方案,在這里感謝他們!

圖來自ST公司的AN1606文檔

1

 

這里有L1和L2兩個電感,L1對功率管電流進行采樣,L2對二極管電流采樣,合成之后便是含有高頻成分的電感電流波形。

當AC上正下負的時候,當M2開啟時L1b和次級傳感了M2的電流,M2關閉之后L2則傳感了二極管波形

當AC上負下正的時候,當M1開啟時L1b和次級傳感了M1的電流,M2關閉之后 L1a和L1b產生了相反的磁通,互相抵消,此時L2傳感了二極管的電流波形

Q1的作用是為了防止L1的磁芯通過次級的二極管進行磁復位,防止輸出的信號含有復位電流成分

有了這個檢測方法,就可以準確的反應出電感電流的波形,從而提供給芯片進行功率因數校正 

 

窩計算得到的電流采樣電阻為0.018歐,因此互感器就采用1:260的,而次級的負載電阻為4.7歐,較高的互感器初次級比有助于抵消二極管的非線性影響。兩個電流互感器用0.2的漆包線繞260圈,然后穿過粗漆包線制成,結構如下:

 

2

采用互感器之后,功率回路和信號回路更獨立,因此得到的電流信號更純凈

 

主功率電感和UCC28019的反饋和補償回路的設計與傳統的有橋PFC完全一致,因此可以方便的采用TI公司提供的excel表格進行快速計算。

 

為了降低EMC問題,輸出電感采用雙繞組耦合工藝,圈數和傳統PFC所需的一樣,只不過分成兩部分來繞:

3

窩的電感采用了1.8mm的漆包線繞制,因為是CCM的,所以高頻電流成分很少,基本能按照工頻標準選擇線徑磁環采用90導磁率的77442

 

控制部分和功率部分的參數如下:

4

5

D407和D408用于在啟動的時候給高壓電容充電,防止電流沖擊電感

繼電器用于在PFC正常工作之后短路啟動限流的NTC電阻,降低損耗

 

這是給控制電路供電的開關電源電路,AG_15V用于給軟起動電路、同步整流控制電路和低壓保護電路供電,電路采用了無光藕的形式,保證了AG_15V那路的輸出穩定,反激變換器有交叉調整問題,為了保證PFC芯片得到穩定供電,IC102充當了穩壓的作用。

6

 

下面介紹其他的一些控制電路

首先是低壓保護功能,防止在電網電壓過低時PFC輸入過大電流而燒毀

7

 

 這部分電路利用NE555的鎖存和比較功能實現,需要結合NE555內部原理分析。輸入的AC經過整流濾波后進行檢測,當6腳電壓大于5腳電壓時輸出變為低電平,光藕得電工作,AC_GOOD信號傳遞給PFC芯片使之開始工作,當IC201A的5腳小于5.2V之后,2腳電壓變低,3腳輸出高電平關閉光藕,此時PFC芯片被禁止工作以達到保護目的。 

 

然后是同步整流控制電路,用于使續流的管子持續導通,避免體二極管導通,提高效率

8

 

穩壓管用于保護比較器,電容用于濾波。之所以用輸入AC分壓后和一個非零電壓比較是為了在Sync1和Sync2之間產生一定死區時間避免同時長時間導通引起炸雞

 

最后是軟起動電路 

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這部分只是一個延時接通可控硅的電路

 

最終的PCB:

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實物圖和帶2.4kw負載的圖片:

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最后發電路圖和PCB 用AD10能打開:1.5Kw無橋PFC.zip

 

過幾天等儀器到了之后準備進行更詳細的效率和PF測試w

全部回復(73)
正序查看
倒序查看
w11132008
LV.7
2
2015-01-03 21:37

太強悍了

0
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btclass
LV.7
3
2015-01-03 23:26

沒用的。這架構只能玩玩原理,離實用差得遠。如果非要用,在10多K頻率下的EMI表現好點。

看閣下搞了幾顆0.47U的電容還接PE,想電人啊?還會帶來很大的損耗的。

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尤小翠
LV.7
4
2015-01-04 12:53
@btclass
沒用的。這架構只能玩玩原理,離實用差得遠。如果非要用,在10多K頻率下的EMI表現好點。看閣下搞了幾顆0.47U的電容還接PE,想電人啊?還會帶來很大的損耗的。

那其實是470pF..........寫錯了.....

這個素根據IR文檔里加的 據說能降低EMI問題.....

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尤小翠
LV.7
5
2015-01-04 12:55
@btclass
沒用的。這架構只能玩玩原理,離實用差得遠。如果非要用,在10多K頻率下的EMI表現好點。看閣下搞了幾顆0.47U的電容還接PE,想電人啊?還會帶來很大的損耗的。

過幾年等GaN制作的mos普及了準備造圖騰柱PFC

圖騰柱PFC的EMI問題比窩這個小的多

但是現在的mos體二極管恢復太慢沒法做 IGBT壓降大又優勢全無

采用GaN的圖騰柱PFC再配上交錯 這個肯定是大功率單相PFC的終極解決方案了hhh

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2015-01-04 20:31
這種無橋的EMI干擾很大吧!
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尤小翠
LV.7
7
2015-01-04 21:14
@Constance
這種無橋的EMI干擾很大吧!
是的 而且不好解決ORZ
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尤小翠
LV.7
8
2015-01-04 21:18
@Constance
這種無橋的EMI干擾很大吧!

有5種無橋方案

其中有三種EMI比較小

這仨要么有額外的元件(1和3) 要么現有器件無法實現(2)

 

這倆EMI問題比較嚴重

 

這些拓撲在電感儲能和釋放能量的時候電流的路徑都經過2個功率元件 因此導通損耗都應該差不多....

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2015-01-04 21:59
@尤小翠
有5種無橋方案其中有三種EMI比較小[圖片][圖片][圖片]這仨要么有額外的元件(1和3)要么現有器件無法實現(2) 這倆EMI問題比較嚴重[圖片][圖片] 這些拓撲在電感儲能和釋放能量的時候電流的路徑都經過2個功率元件因此導通損耗都應該差不多....
最后一幅圖把D2,D4換成慢管就OK了吧!
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higel
LV.8
10
2015-01-06 10:07

好貼,收藏!

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higel
LV.8
11
2015-01-06 10:08
@Constance
最后一幅圖把D2,D4換成慢管就OK了吧!

最后一個結構好像臺達有專利的

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2015-01-06 10:57
@higel
最后一個結構好像臺達有專利的

沒錯,貌似這幾個結構都有專利了!

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孤峰
LV.2
13
2015-01-06 12:42
@higel
好貼,收藏![圖片][圖片][圖片]
美女,好佩服!
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尤小翠
LV.7
14
2015-01-06 14:46
@Constance
沒錯,貌似這幾個結構都有專利了!

沒專利也不用做 EMI很大的

 

有專利的話 加上ZVT軟開關或者無損吸收不就能破了?

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2015-01-06 14:51
@尤小翠
沒專利也不用做EMI很大的 有專利的話加上ZVT軟開關或者無損吸收不就能破了?

4有EMI問題,所以轉換成了1;

5把D2,D4換成慢管就沒有EMI問題了;

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小礦石
LV.10
16
2015-01-06 21:50
很好很強大,可以考慮做成兩象限的,母線高了還能逆變回電網
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rd_fu
LV.4
17
2015-01-07 08:14
期待你的測試結果
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caofen
LV.7
18
2015-01-08 14:04
@rd_fu
期待你的測試結果
公布一下你的測試結果
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fly
19
2015-01-08 14:23
 樓主的實驗環境真是強悍!看樓主的手怎么看也不像美女的手啊
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caofen
LV.7
20
2015-01-08 14:39
@fly
 樓主的實驗環境真是強悍!看樓主的手怎么看也不像美女的手啊[圖片]
是一個實干家,圖有嗎?
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2015-01-09 10:03
帖子非常不錯,推薦到帖子底部經典圖庫。更多請點擊哦:http://www.laiyangyintong.cn/bbs/classic/
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jianyedin
LV.9
22
2015-01-09 15:21
@尤小翠
有5種無橋方案其中有三種EMI比較小[圖片][圖片][圖片]這仨要么有額外的元件(1和3)要么現有器件無法實現(2) 這倆EMI問題比較嚴重[圖片][圖片] 這些拓撲在電感儲能和釋放能量的時候電流的路徑都經過2個功率元件因此導通損耗都應該差不多....

能講講這個拓撲不?我發現HW--3KW就是用這個

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三嘉通
LV.5
23
2015-01-10 15:43
樓主好厲害,能不能幫我開發一款2000W的電源?
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強輝兄1
LV.4
24
2015-01-10 22:42
為什么我做1比120匝的互感器會拉弧?
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尤小翠
LV.7
25
2015-01-11 01:18
@強輝兄1
為什么我做1比120匝的互感器會拉弧?
互感器次級不能開路
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2015-01-11 10:00
@jianyedin
[圖片]能講講這個拓撲不?我發現HW--3KW就是用這個
這個拓撲的電感利用率也太低了吧!
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jianyedin
LV.9
27
2015-01-11 10:46
@Constance
這個拓撲的電感利用率也太低了吧!

HW--3KW是這樣的

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張炎鴻
LV.1
28
2015-01-11 10:54
頂下小翠師傅,都是好東西值得研究
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2015-01-11 12:43
@jianyedin
[圖片]HW--3KW是這樣的
這個還差不多!但是控制貌似很復雜!
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2015-01-11 13:41
太厲害了     來學習學習
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jianyedin
LV.9
31
2015-01-11 14:05
@jianyedin
[圖片]HW--3KW是這樣的
負半周時是怎么工作的?
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