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PFC的设计
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2010-06-06
诺说、
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1、PFC的工作方式和作用
通过调制输入电流跟随输入电压，使电压于电流的比值为一个常数：
V（t）/I（t）=R（正比）
当R为一常数时，电流输入就表现为阻性负载，此时PF=1。
2、PF的定义
PF=P /（Vrms×Irms）或PF=Watts / VA 或PF=cosθ
（P为实际输入功率）
3、相移和谐波
相移描述的是有源PFC输入阻抗的电抗特性，有源PFC的前馈信号和控制环路，如有相移则会使电流于电压之间产生相移。AC线上的滤波器也会产生相移。
谐波描述的是有源PFC输入阻抗的非线性特性。输入阻抗跟随输入电压以任何函数方式的变化均会引起谐波的产生，非线性越大，谐波分量越大。在有源PFC里，谐波主要由以下原因引起：前馈信号、反馈环、输入电容、电感和输入滤波器。相移和谐波不能用PF值直接表达，而是直接用它们的数量来表达，含3%的谐波PF值可达0.999，30%也可达0.95，25度的相移PF值可达0.90。
4、有源PFC的工作模式
峰值电流型：环路增益低、带宽较宽，电流调制信号与输入电流间的误差大，不适于高性能的要求。
平均电流式：电流调制信号与输入电流之间误差小，相对容易稳定。
5、 PFC各电压、电流、功率波形图
6、PFC控制电路
6、PFC控制电路
PFC电路的电流环路由整流后的输入电压和输出电压的误差信号通过乘法器来控制。通过调节电流控制信号的平均幅度来控制输出电压。通过输入电压的波形来调节输入电流的波形。
在与输入电压信号相乘之前，电压误差信号先除以平均输入电压（前馈电压）的平方。
作用：保证电压环的增益为常数。
注：电压环带宽过宽会使控制电路尽可能的保持输出中压的稳定，而导致谐波失真加重。
由于电压环的增益为常数，电压环的误差信号实际上就控制输出功率。
理由：如Vin 2Vin Ⅰmo=Ve*（ 2Vin ）/ （2Va）2 Ⅰin 1 /2 Ⅰin，则2Vin*1/2Iin=Vin*Iin，功率不变，输出中压误差信号就可以控制了输出功率。
作用：限制输出电压的误差信号就可以限制住PFC的输出功率。
7、设计过程
频率设定
频率高：电感体积小，交叉失真小，损耗大，适用于中小功率。
频率低：电感体积大，交叉失真大，损耗小，适用于大功率。
电感设计
a、输入的最大峰值电流在输入电压为低压且为最大值时出现，
Iline（PK）=21/2*P/Vin（min）（ Vin（min）为有效值。）
b、电感纹波电流一般选择为AC线最大峰值电流为20%。
（不一定是最大的高频纹波电流。）
c、占空比D=（V0-Vin）/V0（V0 为输出电压，Vin为峰值输入电压）
L=Vin*D/f* △Ⅰ
△Ⅰ=0.2Ⅰline（PK）=21/2*P/rin（min）×0.2
d、电感的峰值电流为线峰值电流加上高频纹波电流的一半。
Ⅰ（LPK）=Ⅰline（PK）+1/2△Ⅰ
输出电容
a、考虑因素：高频纹波电流、二次谐波纹波电流，输出直流电压、纹波电压、保持时间。
b、承受的纹波电流主要由温升决定，包括高频电流的温升和低频纹波电流的温升。
c、如需保持时间，则C0=2Pont△t/（ V02- V0（min）2）
续流二极管
a、必须能承受电感的最大峰值电流
b、至少能承受输出电压的反压
c、速度尽量快（反向恢复时间尽量短），慢则开关损耗大。
通过调制输入电流跟随输入电压，使电压于电流的比值为一个常数：
V（t）/I（t）=R（正比）
当R为一常数时，电流输入就表现为阻性负载，此时PF=1。
2、PF的定义
PF=P /（Vrms×Irms）或PF=Watts / VA 或PF=cosθ
（P为实际输入功率）
3、相移和谐波
相移描述的是有源PFC输入阻抗的电抗特性，有源PFC的前馈信号和控制环路，如有相移则会使电流于电压之间产生相移。AC线上的滤波器也会产生相移。
谐波描述的是有源PFC输入阻抗的非线性特性。输入阻抗跟随输入电压以任何函数方式的变化均会引起谐波的产生，非线性越大，谐波分量越大。在有源PFC里，谐波主要由以下原因引起：前馈信号、反馈环、输入电容、电感和输入滤波器。相移和谐波不能用PF值直接表达，而是直接用它们的数量来表达，含3%的谐波PF值可达0.999，30%也可达0.95，25度的相移PF值可达0.90。
4、有源PFC的工作模式
峰值电流型：环路增益低、带宽较宽，电流调制信号与输入电流间的误差大，不适于高性能的要求。
平均电流式：电流调制信号与输入电流之间误差小，相对容易稳定。
5、 PFC各电压、电流、功率波形图
6、PFC控制电路
6、PFC控制电路
PFC电路的电流环路由整流后的输入电压和输出电压的误差信号通过乘法器来控制。通过调节电流控制信号的平均幅度来控制输出电压。通过输入电压的波形来调节输入电流的波形。
在与输入电压信号相乘之前，电压误差信号先除以平均输入电压（前馈电压）的平方。
作用：保证电压环的增益为常数。
注：电压环带宽过宽会使控制电路尽可能的保持输出中压的稳定，而导致谐波失真加重。
由于电压环的增益为常数，电压环的误差信号实际上就控制输出功率。
理由：如Vin 2Vin Ⅰmo=Ve*（ 2Vin ）/ （2Va）2 Ⅰin 1 /2 Ⅰin，则2Vin*1/2Iin=Vin*Iin，功率不变，输出中压误差信号就可以控制了输出功率。
作用：限制输出电压的误差信号就可以限制住PFC的输出功率。
7、设计过程
频率设定
频率高：电感体积小，交叉失真小，损耗大，适用于中小功率。
频率低：电感体积大，交叉失真大，损耗小，适用于大功率。
电感设计
a、输入的最大峰值电流在输入电压为低压且为最大值时出现，
Iline（PK）=21/2*P/Vin（min）（ Vin（min）为有效值。）
b、电感纹波电流一般选择为AC线最大峰值电流为20%。
（不一定是最大的高频纹波电流。）
c、占空比D=（V0-Vin）/V0（V0 为输出电压，Vin为峰值输入电压）
L=Vin*D/f* △Ⅰ
△Ⅰ=0.2Ⅰline（PK）=21/2*P/rin（min）×0.2
d、电感的峰值电流为线峰值电流加上高频纹波电流的一半。
Ⅰ（LPK）=Ⅰline（PK）+1/2△Ⅰ
输出电容
a、考虑因素：高频纹波电流、二次谐波纹波电流，输出直流电压、纹波电压、保持时间。
b、承受的纹波电流主要由温升决定，包括高频电流的温升和低频纹波电流的温升。
c、如需保持时间，则C0=2Pont△t/（ V02- V0（min）2）
续流二极管
a、必须能承受电感的最大峰值电流
b、至少能承受输出电压的反压
c、速度尽量快（反向恢复时间尽量短），慢则开关损耗大。
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