单电压1.5KW PFC电源设计-综合电源技术-世纪电源网社区

tju木木

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2017-6-23 14:54:59

项目特点：单电压输入PFC电源模块，有外壳（180*80*35mm），输入165Vac-265Vac，输出380Vdc，额定功率1500W。方案选择：入口无需EMC电路，省了不少空间。需要加个防浪涌电流电路。目前来看，空间较为充裕。环境温度要求比较苛刻，打算用外壳散热。这个项目感觉最好的方案应该是交错的CCM方式，发热点能较好的分配。但是大概比划了一下，用交错CCM的话空间还真是有点局促了，且以前没用过交错的，为了调试方便，还是用单相的CCM吧。有机会有时间的话再用UCC28070搭个电路试一下。
之前用过的CCM芯片有UCC28019与UCC28180，UCC28019比较经典，固定频率65Khz，之前用这颗芯片做过1.2KW的PFC，板子画好了基本不用调试。UCC28180的频率可调，且没有输入电压检测，减少了芯片外围器件。之前用这颗芯片做过几百瓦的PFC。问题也不大。这次为了调试方便，还是选择UCC28180吧。仔细对了一下，其实UCC28019是可以与UCC28180相兼容的，把输入电压检测的电阻位置留出来就行了。
大体方案定了，下面就一步一步的开始设计吧。

PS：语文较差，想到哪就说哪，大家能明白就行，就别吐槽了。

收藏8

		2 世纪电源网-九天世纪电源网-九天在线 LV8 超级版主积分：36350 \| 主题：691 \| 帖子：4031 访问空间发消息积分:36350 超级版主 2017-6-23 15:41:26
		哈哈~期待后文精彩哦~~ 回复 \| 举报 \|

		3 电源小新电源小新离线 LV7 版主积分：914 \| 主题：52 \| 帖子：265 访问空间发消息积分:914 版主 2017-6-23 15:45:47
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			4 yangyuanqing545 yangyuanqing545 离线 LV3 助理工程师积分：264 \| 主题：4 \| 帖子：36 访问空间发消息积分:264 LV3 助理工程师 2017-6-23 15:58:19
			1500W的没必要交错。。假如只是撸试手，可以玩玩回复 \| 举报 \|

				5 tju木木 tju木木离线 LV6 高级工程师积分：1527 \| 主题：14 \| 帖子：136 访问空间发消息积分:1527 LV6 高级工程师 2017-6-23 16:02:29
				散热条件好的话当然没有必要。不过这款环境温度，散热条件都比较苛刻。所以相对来说交错的温度更好处理。回复 \| 举报 \|

		6 tju木木 tju木木离线 LV6 高级工程师积分：1527 \| 主题：14 \| 帖子：136 访问空间发消息积分:1527 LV6 高级工程师 2017-6-23 17:07:57
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			7 h8f10 h8f10 离线 LV8 副总工程师积分：3325 \| 主题：10 \| 帖子：756 访问空间发消息积分:3325 LV8 副总工程师 2017-6-23 18:10:02
			驱动搞那么复杂啊回复 \| 举报 \|

				9 tju木木 tju木木离线 LV6 高级工程师积分：1527 \| 主题：14 \| 帖子：136 访问空间发消息积分:1527 LV6 高级工程师 2017-6-26 09:45:59
				做了个二选一，想试一下这个功率等级下，图腾柱与驱动芯片之间的差别。回复 \| 举报 \|

			8 read01 read01 离线 LV6 高级工程师积分：1379 \| 主题：4 \| 帖子：323 访问空间发消息积分:1379 LV6 高级工程师 2017-6-24 11:34:18
			如果需要PFC电感，可以看看这个https://item.taobao.com/item.htm ... 1&abbucket=5#detail https://item.taobao.com/item.htm ... p;abbucket=5#detail 回复 \| 举报 \|

			10 tju木木 tju木木离线 LV6 高级工程师积分：1527 \| 主题：14 \| 帖子：136 访问空间发消息积分:1527 LV6 高级工程师 2017-6-26 10:57:01
			下面列一下已知数据并计算一下需要用到的数据。已知条件：输入交流电压频率f=50Hz 最低输入电压：Vin-min=165Vac 标称输入电压：Vin-nom=220Vac 最高输入电压：Vin-max=265Vac 直流输出电压：Vout=380Vdc 输出最大功率：Pout=1500W 预设条件：最低效率：η=97% 工作频率：fs=100Khz 纹波电流系数：Fi=0.2 通过计算可得：输出电流：Iout=Pout/Vout=1500/380=3.95A 最大输入功率：Pin=Pout/η=1500/0.97=1546.4W 最大输入电流有效值：Iinrms-max=Pin/Vin-min=1546.4/165=9.37A 最大输入电流峰值：Iinpeak-max=Iinrms-max1.414=9.371.414=13.25A 高频纹波电流：Ihf= Iinpeak-maxFi=13.250.2=2.65A 电感电流峰值：ILpeak= Iinpeak-max+0.5Ihf=13.25+0.52.65=14.58A 电感最小值Lmin=（0.25Vout）/（Ihffs）=（0.25380）/（2.65100K）=358uH 回复 \| 举报 \|

				11 linfutang linfutang 离线 LV2 本网技师积分：187 \| 主题：2 \| 帖子：23 访问空间发消息积分:187 LV2 本网技师 2017-6-26 11:08:43
				最低97% 99%？学习一下回复 \| 举报 \|

					12 sapphire27841 sapphire27841 离线 LV6 高级工程师积分：542 \| 主题：2 \| 帖子：50 访问空间发消息积分:542 LV6 高级工程师 2017-6-28 09:34:57
					马克，标记一下！回复 \| 举报 \|

					13 h8f10 h8f10 离线 LV8 副总工程师积分：3325 \| 主题：10 \| 帖子：756 访问空间发消息积分:3325 LV8 副总工程师 2017-7-2 23:14:52
					这个预计是合理的，不过你估计一下就知道了，97和99只差几十瓦，对计算结果几乎没影响。磁件本身的偏差也不止这点了回复 \| 举报 \|

						14 tju木木 tju木木离线 LV6 高级工程师积分：1527 \| 主题：14 \| 帖子：136 访问空间发消息积分:1527 LV6 高级工程师 2017-7-3 10:11:04
						对的，预设97%有几个理由：第一，输入是窄范围，且入口没有共模电感第二：因为环境比较恶劣，会选用比较好的器件，低端97%的话，标称也到不了99% 第三：预设97%也好，95%也好，入口电流确实相差不大回复 \| 举报 \|

				16 tju木木 tju木木离线 LV6 高级工程师积分：1527 \| 主题：14 \| 帖子：136 访问空间发消息积分:1527 LV6 高级工程师 2017-7-3 15:12:21
				至于电感的设计，我本身是很少使用AP法或其他方法来确认磁材的选型的，一般都是凭经验或者根据他人的经验来选，在空间允许的情况下会尽量选大一点的磁材。下面说一下此款电感的设计考量，个人方法，不对的地方请大家指正： CCM式PFC的电感一般都选用铁硅铝的磁环或者铁镍50（高磁通）的磁环，用磁环的好处就是体积可以占的比较少，CCM式交流分量比较小，基本可以不用考虑趋肤深度，可以用单根粗线直接绕制，制程简单。在PFC电感使用中，需要考虑的铁硅铝与高磁通的差别有：铁硅铝饱和磁密10500Gs，高磁通饱和磁密15000Gs。高磁通直流偏磁能力大于铁硅铝。因为铁硅铝相对来说成本要低，所以一般情况下大家都会优先选择铁硅铝。对比.png (43.51 KB, 下载次数: 62) 下载附件 2017-7-3 15:10 上传回复 \| 举报 \|

					17 h8f10 h8f10 离线 LV8 副总工程师积分：3325 \| 主题：10 \| 帖子：756 访问空间发消息积分:3325 LV8 副总工程师 2017-7-3 16:06:28
					铁硅铝、铁硅、铁硅硼；据说铁硅硼在EMC方面有优势，不过实际上使用倒是没觉得。回复 \| 举报 \|

					18 tju木木 tju木木离线 LV6 高级工程师积分：1527 \| 主题：14 \| 帖子：136 访问空间发消息积分:1527 LV6 高级工程师 2017-7-3 16:09:14
					之前做过一款1.2KW的PFC电源，用的是铁硅铝的A60-330双环并用，频率是60KHz。此款功率又大了一些，磁环打算选大一号。开始打算用A60-360双环，连参数都算完了，仔细一核对外形尺寸，才发现高度很危险，单环的厚度是11.3mm，双环再加上底板，再加上线的直径等很难控制。所以放弃。仔细核对了一下PCB宽度与器件摆放，觉得单环A60-467比较合适，它的厚度为18.9mm，AL值为135nH/N²。考虑到散热环境比较苛刻，为了减少绕线圈数，降低铜损，放弃铁硅铝，用相同尺寸的高磁通环H60-467。确定磁环后，开始具体设计。其实我的方法也不算是设计，只能是经验值加反推验证。上述已经得到所需的最小电感量为358uH，考虑到磁环的直流偏磁，实际电感量我一般会选择是最小电感量的1.5-2倍，然后反推验证。假设取1.5倍，则实际电感量L=537uH，电感圈数N≈63T，L=NNAL=6363135=536uH。然后反推：最大磁场强度H=0.43.14NILpeak/Le=0.43.146314.58/10.74=107Oe 根据曲线图，H=107Oe时，磁感应强度在6500Gs左右，远低于15000Gs的饱和值。此时磁导率还有原来的65%左右。那么在实际工作时电感量Lre≈5360.65=348uH，与计算的358uH相差不大，就是它了。其实这个电感值跟最初所定的纹波电流系数：Fi=0.2有很大关系，Fi越大，所需要的电感量越小，而我本身所选取的0.2相对来说算是比较小的了，所以实际电感量稍微再小一点也没有问题。下面算一下线径，电流密度选择4A/mm²，根据Iinrms-max=4π（0.5D）²，可得D=1.73mm，选直径1.8mm的线。回头绕一下试试。不行的话电流密度就再选大一些。我这就懒得算了。电感22.png* (97.83 KB, 下载次数: 55) 下载附件 2017-7-3 16:10 上传回复 \| 举报 \|

						27 qq649802817 qq649802817 离线 LV6 高级工程师积分：926 \| 主题：5 \| 帖子：84 访问空间发消息积分:926 LV6 高级工程师 2017-7-25 22:27:48 倒数5
						楼主好，为什么您的最大占空比为选用如此低呢？只有0.25，由公式VDT=L△iL知，电流纹波和最小输入电压确定了，占空比越小，得到的电感值也小，减小匝数方便绕制么？回复 \| 举报 \|

							28 xkw1cn xkw1cn 离线 LV7 版主积分：131400 \| 主题：37517 \| 帖子：55626 访问空间发消息积分:131400 版主 2017-7-28 16:25:25 倒数4
							电感量越小，I^2L值也会越小。电感就能更小的体积实现，成本就能降低和装置更紧凑。回复 \| 举报 \|

				20 xkw1cn xkw1cn 离线 LV7 版主积分：131400 \| 主题：37517 \| 帖子：55626 访问空间发消息积分:131400 版主 2017-7-3 17:32:30
				虽然95％～97％的输入电流差异不大，但热设计差异就大了。毕竟损耗大了近一倍。回复 \| 举报 \|

					21 tju木木 tju木木离线 LV6 高级工程师积分：1527 \| 主题：14 \| 帖子：136 访问空间发消息积分:1527 LV6 高级工程师 2017-7-4 08:34:00
					是的，这块还需要分别再算一下整流桥、MOS、整流管与电感的损耗。此处的效率只用于计算输入电流与电感的设计，影响不大。回复 \| 举报 \|

				24 peng2016 peng2016 离线 LV6 高级工程师积分：428 \| 主题：11 \| 帖子：46 访问空间发消息积分:428 LV6 高级工程师 2017-7-24 22:21:07 倒数8
				请教下版主后面最下面的电感公式是怎么推出来的？？回复 \| 举报 \|

			22 YTDFWANGWEI YTDFWANGWEI 在线 LV7 版主积分：109871 \| 主题：142 \| 帖子：45924 访问空间发消息积分:109871 版主 2017-7-4 11:44:18 倒数10
			TL431的AK端，尽量不要直接并联一个电容。忘了是104还是105电容比较容易引起431的自激震荡了。回复 \| 举报 \|

				23 tju木木 tju木木离线 LV6 高级工程师积分：1527 \| 主题：14 \| 帖子：136 访问空间发消息积分:1527 LV6 高级工程师 2017-7-4 14:34:53 倒数9
				谢谢，之前一直这么用，也没发现过问题，经您一说，我又仔细看了下规格书，确实用法不规范，容易引起振荡。我用的是SOT23封装，VKA是5V，电流大概在10mA左右，对应曲线B，电容在15nF左右一直到2uF左右都是有问题的。 KA.png (117.74 KB, 下载次数: 63) 下载附件 2017-7-4 14:31 上传回复 \| 举报 \|

			25 DDqc2015 DDqc2015 离线 LV8 副总工程师积分：2442 \| 主题：27 \| 帖子：240 访问空间发消息积分:2442 LV8 副总工程师 2017-7-25 11:19:41 倒数7
			看了下你的电路原理图，这是个单极boost pfc，为什么要用两个mos并联？是何目的呢回复 \| 举报 \|

				26 tju木木 tju木木离线 LV6 高级工程师积分：1527 \| 主题：14 \| 帖子：136 访问空间发消息积分:1527 LV6 高级工程师 2017-7-25 15:58:08 倒数6
				主要是散热条件比较苛刻，自然冷却，贴壳散热，壳还不大。为了分散热应力，所以MOS与桥都并联使用回复 \| 举报 \|

					30 wangpefei wangpefei 离线 LV1 本网技工积分：13 \| 主题：0 \| 帖子：1 访问空间发消息积分:13 LV1 本网技工 2017-10-18 16:34:31 倒数2
					版主，最近我手头有个前级输入也是PFC升压，功率也为1.5KW，你设计的原理图方便提供参考下吗，回复 \| 举报 \|

		15 gst0311 gst0311 离线 LV4 初级工程师积分：373 \| 主题：8 \| 帖子：55 访问空间发消息积分:373 LV4 初级工程师 2017-7-3 11:41:27
		支持楼主,标记标记. 回复 \| 举报 \|

		19 庐山94 庐山94 离线 LV6 高级工程师积分：1436 \| 主题：10 \| 帖子：141 访问空间发消息积分:1436 LV6 高级工程师 2017-7-3 16:46:51
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		29 yahoo816 yahoo816 离线 LV6 高级工程师积分：933 \| 主题：1 \| 帖子：72 访问空间发消息积分:933 LV6 高级工程师 2017-8-16 22:16:43 倒数3
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			31 sdta_lpw sdta_lpw 离线 LV3 助理工程师积分：202 \| 主题：1 \| 帖子：4 访问空间发消息积分:202 LV3 助理工程师最新回复 2023-5-6 13:33:45 倒数1
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