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PFC是一種解決傳統(tǒng)AC整流電路引起的電網(wǎng)污染問(wèn)題的電路. 常規(guī)整流濾波電路的整流橋只有在輸入正弦波電壓接近峰值時(shí)才會(huì)導(dǎo)通, 因此導(dǎo)致了輸入電流程嚴(yán)重非正弦性, 導(dǎo)致輸入產(chǎn)生了大量諧波電流成份, 降低了電網(wǎng)的利用率同時(shí)有潛在的干擾其他電器的可能.
PFC電路通過(guò)對(duì)輸入AC電流進(jìn)行'整形', 使輸入電流為近似和輸入電壓同相位的正弦波, 達(dá)到了輸入功率接近1的可能.
常用的PFC電路均為Boost升壓拓?fù)? 根據(jù)Boost拓?fù)湓诓煌ぷ髂Ｊ?DCM\BCM\CCM)下的特性不同, 控制方法可以分為3種. BCM和CCM采用的較多, BCM為變頻控制, 可以實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)啟(降低開(kāi)通損耗), 但是較高的開(kāi)關(guān)管有效電流限制了它只能在中小功率的場(chǎng)合, 大功率場(chǎng)合是CCM的天下.
對(duì)于CCM的PFC, 主要問(wèn)題是二極管的反向恢復(fù)問(wèn)題, 在反向恢復(fù)期間產(chǎn)生的大反向電流會(huì)產(chǎn)生額外的損耗還有潛在干擾電路的風(fēng)險(xiǎn). 具體可以通過(guò)增加RC電路(有損)或者ZVT技術(shù)(無(wú)損,但是比較復(fù)雜)進(jìn)行解決, 這里暫時(shí)不進(jìn)行討論.
由于PFC通常被設(shè)計(jì)成寬電壓輸入模式(85-265V輸入)， 在低輸入電壓時(shí)輸入電流會(huì)比較大, 當(dāng)輸出功率比較大時(shí), 各功率器件尤其是輸入整流橋的電流壓力和散熱壓力尤為明顯. 如下圖
當(dāng)開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí), 電流會(huì)經(jīng)過(guò)2個(gè)低速整流二極管, 1個(gè)mos管, 當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)閉的時(shí)候, 電流會(huì)經(jīng)過(guò)2個(gè)低速整流管和1個(gè)快恢復(fù)二極管.
對(duì)于110V情況下輸出1500W的PFC來(lái)說(shuō),整流橋損耗可達(dá)30W左右, 是一個(gè)相當(dāng)可觀的數(shù)字
如果能通過(guò)改進(jìn)拓?fù)淙∠粽鳂? 將會(huì)極大的提高效率. 改進(jìn)的電路如下圖, 它在每個(gè)正周期內(nèi)和負(fù)周期內(nèi)等效為1個(gè)普通的Boost拓?fù)?
電感電流上升的周期(相當(dāng)于普通Boost中mos開(kāi)通時(shí)), 電流經(jīng)過(guò)2個(gè)mos管(其中一個(gè)反向?qū)?, 當(dāng)電感電流下降時(shí),電流經(jīng)過(guò)1個(gè)mos的體二極管和一個(gè)快恢復(fù)二極管. 由于經(jīng)過(guò)的半導(dǎo)體數(shù)目減少了, 而且mos具有更低的導(dǎo)通電阻, 因此能極大的提高效率.
兩個(gè)mos管可以直接由傳統(tǒng)CCM控制芯片同時(shí)驅(qū)動(dòng), 也可以加入同步整流邏輯之后驅(qū)動(dòng), 這樣可以在電感電流下降的時(shí)候提供一個(gè)mos管的低壓降導(dǎo)通回路, 再提升那么一點(diǎn)點(diǎn)效率.
這種拓?fù)鋷?lái)效率提升的同時(shí), 也帶來(lái)了一些新的問(wèn)題:
1. 由于PFC的主體都在高頻電感之后, 相對(duì)于大地(Earth)的電位是高速變化的, 會(huì)產(chǎn)生更高的EMI問(wèn)題, 通過(guò)采用雙對(duì)稱繞組電感和增加一些高頻回路可以減輕這個(gè)問(wèn)題
2. 由于采用了雙對(duì)稱繞組電感, PFC主體和AC線路沒(méi)有直接的聯(lián)系, 因此對(duì)于控制電路來(lái)說(shuō), 檢測(cè)交流線路的有效電壓值和瞬時(shí)電壓值都變得極為困難, 由于有兩個(gè)mos管, 電流的回路也變得比較復(fù)雜, 無(wú)論用互感器或者電阻都不能簡(jiǎn)單的獲得一個(gè)精確的包含電感高頻電流成品的信號(hào). 這使得傳統(tǒng)CCM控制芯片不能發(fā)揮用武之地.
IR1150 ICE1PCS01為國(guó)際整流器公司和英飛凌公司推出的單周期控制IC, 他們可以不需要檢測(cè)AC線路的電壓就完成PFC的任務(wù). 電流檢測(cè)仍然是個(gè)問(wèn)題, 并且IR1150對(duì)噪聲很敏感, 于是窩準(zhǔn)備采用ICE1PCS01, 畢竟素德國(guó)人的東西, 以穩(wěn)定著稱.
注: 本文中的圖片來(lái)自Fariborz Musavi的 Efficiency Evaluation of Single-Phase Solutions for
AC-DC PFC Boost Converters for Plug-in-Hybrid
Electric Vehicule Battery Chargers這個(gè)文章
下接：大功率無(wú)橋PFC研究系列(2):http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-30913-1.html
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