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2500W并联交错PFC设计,计算过程,原理图,波形,实物图!

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发表于 2018-4-19 16:48:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
2500W并联交错PFC设计
出于应用要求,最近开发了一台2500W的功率因数校正PFC,在这里控制芯片用的是UCC28070
电源要求

输入电压:85V-265V,输出390V。
PF:0.9-0.99,
效率:≥96%
输出功率最大3400W。
磁环电感采用2个40MM铁硅铝绕制电感量为300uH电感
实物图如下:
K3s5A8q8S8h0Q0sk.jpg
输出电容用了3个330UF的电容,相对来说有点偏小,因为这版设计是配套1500W逆变器后级用在在线式UPS上面,加上逆变桥的电容就能达到要求了。
整机发热方面最严重的还是整流桥堆,目前采用的是2个25A600V的桥堆并联,设计时没想50A的桥堆用到到2500W的时候热量还是挺大的,总体来说整机功率管的热量要小于桥堆。这是整机的一点不足之处。需要单独加以小风扇给桥堆散热。
下面是整机工作时的输入电压和输入电流波形:
O9HJ6wF9wWiKXnFA.jpg

ALHDkCvFF7FvfSVH.jpg

从图中可以看出电流波形已经基本正弦化,同步于输入电压。
下图为PFC2个电感的电流波形:
OBmS4jw4RDLd7S66.jpg

这里没有上传细节电感电流展开的波形,实际中2电感电流是交错180度的。
下图为高压直流输出的电流波形:
F57nvva72fPPn9Qx.jpg

从图中可以看出电流为跟随市电电压100HZ的电流波形。
下面是整机的原理图的主要部分。
RdXzHhpjPC0A7CC0.jpg
我是用软件自动计算的,只要定义好参数,就可以自动显示结果,所以没有中间的计算步骤,需要自己仔细看了。
jYff8HFF52CA2hJC.jpg

因为本机没有采用SIC整流二极管,所以频率不能太高。做到75KHZ为最高。
上面整机图片所用的是75KHZ的参数,此前做到100KHZ做过实验,普通快恢复在100KHZ下发热量极大。
所以用快恢复做的输出二极管建议频率为38KHZ-75KHZ,
本设计详细介绍63KHZ下各各参数的计算:
首先确定PFC2电感的电感量:
yXxkkk6hx6iH0c6d.jpg

wZ66FQ3303o27WoF.jpg


从图中计算公式上面的42.2uH为PFC电感的最低电感量,由于TI设计手册提到了电感的摆动,但是没有详细的计算公式,本人在网上也找不到相关资料介绍,所以这里凭经验选择250uH到300uH。实际所采用的是300uH电感来做PF。
下面计算出3.3KW时输出电容的大小:
z0fCHmtmGVD6dfMT.jpg

从计算中得到电容为2110uF。
下面对功率器件选型,首先要计算出整机最大工作电流:
a0BAztkOaCHaH0Th.jpg



图中可以看出,MOS管的峰值电流达到53A,平均电流17.56A,所以要选择合适的功率机器,一般选择1.5-2倍的余量来设计,本案例中用到2只FQA28N50并联来做。当然也可以用其它型号单只MOS来做。
下面是输出整流二极管的选型:
I7te418Sc4f8TC4e.jpg



我们可以选择10A-15A或以上二极管来做,本案例中利用了现有的RHRP30N60来做。
下面对电感电流检测互感器CT的设计:


CrgpdKtRmSskXiiI.jpg
本案例中使用1:200匝比的互感器,输出峰值电流为250MA。
从手册设计公式计算得到大约1:550的匝比,就方便而选型,我这里用到1:200。而且TI手册推荐互感器匝比在50-200之间。所以我这里没有用到公式来选型。
p6Rb2yEqUQv263Fg.jpg


从公式计算得到互感器电感量最少不能低于7.6MH,实际我们选择的互感器电感量是135MH左右,相差还是甚远。
所以有时候还是得灵活运用。
下面计算出电流采集电阻RS的选择
L2vIz7XQ226Lq0QU.jpg


eWXp11V6z8xbB1i7.jpg
根据计算,整流二极管的耐压不得低于115V。那么我们选型就有个标准参考了.
QGmxT6YlGK67MV8N.jpg

KMTWm96zhhmZsMN6.jpg



C3V8313gEt8Sy8SE.jpg

下面计算出峰值电流限制3.7V的分压电阻以及频率占空比的电阻:

sHWlaIlwgx9GagYI.jpg

下面对电压反馈量的计算,得到分压网络的电阻值:
houZtBspVZFY2puQ.jpg

aQ48oZY3f14K8aQ8.jpg

下面对电压反馈比较起输出端的电压环路进行设置:

p6KmB4f1u4VB36k5.jpg


CZPh4sSV6k211pPd.jpg


Y7K20D4709L69006.jpg

通过计算,我们按照标准原件值来选择得到:
RZV=100k,CPV=1.5NF,ZCV=1.5UF(利用1uF和474来并联得到)
下面对RSYN电阻计算进行选型:

E6qwlckmW58KAk6w.jpg

下面计算出IMO电阻的值:

VsAoplSLUkLkM9Hp.jpg

下面我们对CAO的各项原件值大小进行计算:

OhQ54NHrQaZQNQ5R.jpg



aPf7B6f37HL3uL52.jpg

通过计算,我们很容易得到RZC,CZC,CPC元件的值。
下面我们对软启动时间对软启动电容值进行选型:

qAm3rDAZXRd03rx1.jpg

下面我们对降低EMI干扰的频率抖动参数进行计算:
AOpUz5hGzut40F0o.jpg

总结:
通过一些列的计算,是不是把复杂的原件变得简单化。
之前这台PFC在设计过程中,正式因为想偷懒,没有计算,导致我折腾很长时间。这次把自己的设计过程跟大家分享,就是不想大家在设计过程中走太多弯路。本人对PFC研究不深,如有什么不足之处,希望大家能及时指正。一起共同学习。
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发表于 2019-5-6 00:22:07 | 显示全部楼层
有没有交流三相380V转直流310V的方案?
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