無(wú)橋PFC

ID:140343 · 發(fā)表于 2016-9-25 11:56

咳咳，今天調(diào)3846的12V100A開(kāi)關(guān)電源各種抽，糾結(jié)一天最后發(fā)現(xiàn)是驅(qū)動(dòng)部分的問(wèn)題，明天繼續(xù)坑。。。
借著郁悶的時(shí)間順便把1個(gè)月前做的無(wú)橋APFC方案給大家看看。
無(wú)橋PFC取消了整流橋所以能降低一些損耗，尤其是在低壓輸入情況下，不過(guò)這種拓?fù)鋾?huì)帶來(lái)難以解決的EMI問(wèn)題。

窩經(jīng)過(guò)思考又計(jì)劃制作另一款PFC（拓?fù)涿麍D騰柱PFC），采用2個(gè)IGBT和1個(gè)工頻整流橋也能實(shí)現(xiàn)相同的功能，而且成本更低，EMI問(wèn)題更小，已經(jīng)在設(shè)計(jì)階段，圖紙過(guò)段時(shí)間發(fā)出來(lái)給大家看，下面先介紹窩已經(jīng)成功了的第一版無(wú)橋PFC。

本人為剛大二的學(xué)生水平有限，各位高手輕噴啊

實(shí)物圖和帶2.4kw負(fù)載的圖片：

帶800w載輸入234VAC時(shí) PF有0.997
帶60w載輸入236VAC時(shí) PF有0.863

設(shè)計(jì)指標(biāo)輸入85-265VAC，輸出400VDC，最大輸出功率1.5kw，在85V輸入時(shí)也達(dá)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(shù)只需要采樣輸入電流和輸出電壓即可完成PFC功能，傳統(tǒng)的CCM模式的PFC芯片需要額外采樣輸入電壓的瞬時(shí)值和有效值，這倆在無(wú)橋PFC中很難直接采樣。因此單周期控制方案成為了首選。

UCC28019的開(kāi)關(guān)頻率為固定的65KHz，對(duì)于這個(gè)1.5kw級(jí)別的應(yīng)用正好，是在電感體積和開(kāi)關(guān)損耗之間的一個(gè)不錯(cuò)的平衡
芯片帶有超壓保護(hù)、開(kāi)環(huán)保護(hù)、輸入電壓過(guò)低保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等功能

比較難攻克的地方就是電流采樣，幸運(yùn)的是ST公司的一片應(yīng)用文檔已經(jīng)給出了不錯(cuò)的解決方案，在這里感謝他們！
圖來(lái)自ST公司的AN1606文檔

這里有L1和L2兩個(gè)電感，L1對(duì)功率管電流進(jìn)行采樣，L2對(duì)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(dāng)AC上正下負(fù)的時(shí)候，當(dāng)M2開(kāi)啟時(shí)L1b和次級(jí)傳感了M2的電流，M2關(guān)閉之后L2則傳感了二極管波形
當(dāng)AC上負(fù)下正的時(shí)候，當(dāng)M1開(kāi)啟時(shí)L1b和次級(jí)傳感了M1的電流，M2關(guān)閉之后 L1a和L1b產(chǎn)生了相反的磁通，互相抵消，此時(shí)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(guò)次級(jí)的二極管進(jìn)行磁復(fù)位，防止輸出的信號(hào)含有復(fù)位電流成分
由了這個(gè)檢測(cè)方法，就可以準(zhǔn)確的反應(yīng)出電感電流的波形，從而提供給芯片進(jìn)行功率因數(shù)校正

窩計(jì)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(jí)的負(fù)載電阻為4.7歐，較高的互感器初次級(jí)比有助于抵消二極管的非線性影響。兩個(gè)電流互感器用0.2的漆包線繞260圈，然后穿過(guò)粗漆包線制成，結(jié)構(gòu)如下：

采用互感器之后，功率回路和信號(hào)回路更獨(dú)立，因此得到的電流信號(hào)更純凈

主功率電感和UCC28019的反饋和補(bǔ)償回路的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)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(jìn)行快速計(jì)算。

為了降低EMC問(wèn)題，輸出電感采用雙繞組耦合工藝，圈數(shù)和傳統(tǒng)PFC所需的一樣，只不過(guò)分成兩部分來(lái)繞：

窩的電感采用了1.8mm的漆包線繞制，因?yàn)槭荂CM的，所以高頻電流成分很少，基本能按照工頻標(biāo)準(zhǔn)選擇線徑
磁環(huán)采用90導(dǎo)磁率的77442

控制部分和功率部分的參數(shù)如下：

C401和C402用于提供高頻回路并降低EMC問(wèn)題
D407和D408用于在啟動(dòng)的時(shí)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(dòng)限流的NTC電阻，降低損耗

這是給控制電路供電的開(kāi)關(guān)電源電路，AG_15V用于給軟起動(dòng)電路、同步整流控制電路和低壓保護(hù)電路供電，電路采用了無(wú)光藕的形式，保證了AG_15V那路的輸出穩(wěn)定，反激變換器有交叉調(diào)整問(wèn)題，為了保證PFC芯片得到穩(wěn)定供電，IC102充當(dāng)了穩(wěn)壓的作用。

下面介紹其他的一些控制電路
首先是低壓保護(hù)功能，防止在電網(wǎng)電壓過(guò)低時(shí)PFC輸入過(guò)大電流而燒毀

這部分電路利用NE555的鎖存和比較功能實(shí)現(xiàn)，需要結(jié)合NE555內(nèi)部原理分析。輸入的AC經(jīng)過(guò)整流濾波后進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)6腳電壓大于5腳電壓時(shí)輸出變?yōu)榈碗娖�，光藕得電工作，AC_GOOD信號(hào)傳遞給PFC芯片使之開(kāi)始工作，當(dāng)IC201A的5腳小于5.2V之后，2腳電壓變低，3腳輸出高電平關(guān)閉光藕，此時(shí)PFC芯片被禁止工作以達(dá)到保護(hù)目的。

然后是同步整流控制電路