PFC電源設計與電感設計計算學習筆記

PFC電源設計與電感設計計算

更新於2018-11-30

課程概覽

• 常見PFC電路和特色1
• 常見PFC電路和特色1
• CRM PFC電路設計計算
• CCM PFC電路設計計算
• CCM Interleave PFC電感紋波電流計算
• DCM.CRM Interleave PFC電感紋波電流計算
• 高性價比大功率CRM Interleave PFC設計實例
• PFC 電感電氣性能指標的定義及電路中的做用
• PFC 設計的電磁兼容問題與對策
• 耦合式Interleave PFC技術

常見PFC電路和特色1

各位電源工程師朋友們 你們好 我是邵革良 從這一講開始 咱們開始講解 PFC 電源設計與電感的設計計算裏面的第一部分 第一個講解 就是常見的 PFC 電路以及它的特色 咱們這個 PFC 電路和特色 咱們分兩講來說 今天是講第一講這一講的主要內容是四個方面 第一個就是我會介紹一下 連續電流模型和臨界電流模型 它的特色和區別 那麼第二個呢 再去介紹咱們單路的 PFC 和交錯並聯 PFC 那麼緊接着就是無橋 PFC 咱們爲了提升 PFC 的電源效率 因此必定要把前面這一個整流橋去掉 整流二極管的壓降很高 因此這一個部分把它去掉以後呢 來改善咱們 PFC 的運行的效率 因此無橋 PFC 咱們會使用得愈來愈普遍 最後呢 會介紹一下單路單相的 PFC 和三相 PFC 主要是這四個方面 那麼講到 PFC 電路呢 其實咱們有個概念 很是但願你們去了解或者是理解 咱們不少電源工程師 一上來就說 PFC 電路上 講到 PFC 立刻就會說 它主要是一個升壓 把這個電壓穩定住 達到好比輸出單相輸入的時候 達到一個 380V 或者 400V 左右的直流 而後給後面供電 因此咱們想到 PFC 的時候 每每腦殼裏有這麼一個印象 其實這就有一點 忘掉了 PFC 這個電路是爲何出來的 爲何要用 咱們講到電源 其實供電都是交流電就是交流的電源供電 咱們有一個整流電路 最後變成一個直流了 最後咱們給負載供電 不管是 DC/DC 後面的 DC/DC 逆變 或者說咱們把 DC/AC 變成了交流電輸出 像這個給電機驅動 壓縮機驅動 或者是給其餘的一些變成一個 UPS 交流的輸出 無論怎麼變 咱們都是須要把這個交流電 50Hz 的交流電 把它整流變成直流 最終利用了這個直流 來進行各類各樣的高頻的變換 因此爲何要引入 PFC 不要行不行 其實從咱們在後面這個電路里面 在負載使用的時候咱們要的是一個直流電 可是咱們電網進來的確定是 50Hz 或 60Hz 的交流電 因此必定要把交流電整流變成直流 那其實不要 PFC 同樣好用 並且電磁兼容的問題還簡單了 就是直接把它整流濾波就行了 問題就是什麼呢 就是咱們整流這個整流濾波以後 好比說我這個整流直接接了一個電解電容 好比說我這個整流直接接了一個電解電容

• 連續電流模型 (CCM) 和臨界電流模型 (CRM)
• 單路的 PFC (Single Boost)和交錯並聯 PFC (Interleave PFC)
• 無橋 PFC (Bridgeless PFC)
• 單相的 PFC (Single Phase)和三相 PFC(Three Phase)

在這濾波 那麼你們能夠看到咱們這個波形 這一個正弦波波形是咱們輸入的電源電壓 就正弦波的電壓 這個黑的顏色其實是咱們這個電容器的電壓波形 就是有點帶點紋波的直流 已經變成直流了 這個時候咱們看輸入的 iAC iAC 的波形你會發現 它實際上是一個鋸齒波同樣的東西 爲何是這樣呢 就是說在咱們輸入的電源電壓的時候 低於輸出 Vc 這個電壓 它其實是沒有電流往裏面流的 沒有電流往裏面流的這個電流是零 等到這個電壓開始超越後面電壓的時候 經過這個二極管 強制就至關於爲零的時候 就至關於強制短路了 就是直接給電容器大電流的灌封 因此電流瞬間就提高到很高 那麼直接就灌進去了 灌進去以後隨着電壓繼續往上漲 這個電容充電電壓往上拉的時候 電流就會往降低了 那麼達到最高電壓點的時候 正弦波最高電壓點等於充電充滿了 那麼下來就掉下來就沒有電流了 因此必然會造成一個相似這樣的三角形的 鋸齒波這樣的東西 造成這樣的電路呢 其實對咱們的後期來說是根本不在意的 問題在於什麼呢 若是咱們造成這樣的一個波形 不是電流波形 不是一個正弦波 按照咱們高等數學裏面學過 傅里葉變換 也就是說任何一個週期性的函數 咱們均可以把它分解成由一次 有基波 就是一次的 咱們說的這個一次就是 50Hz 若是整流以後把它翻上去就是 100Hz 就是說有 100Hz 還有若干個無限屢次的 高次諧波的一個組合 也就是說若是兩次 100Hz 就變成了 200Hz 了 三次就變成了 300Hz 了 那也就是說它任何一個這樣的函數 週期性的函數均可以被 分解成 一次的兩次的三次四次一直到 N 次 由這樣的波形的組合 最後的組合以後 就變成了咱們出來這種稀奇古怪的 這種電流波形 可是固然了 週期性函數是理想的週期性函數 它是沒有這個 二次四次這個偶次諧波 就是說是單次諧波 就是一三五七九這樣 那麼無論有單次仍是偶次 也就是它老是它不是 100Hz 的 也就是從電網來看並非 50Hz 的 不是 50Hz 的有什麼問題 電流必定要從電網裏面來拉進來對不對 就是咱們假設電源這個地方 咱們的電源插座 外面接到哪去了 接到咱們的三相工頻變壓器上去 那麼也就是說 100Hz 也好 200Hz 300Hz 甚至幾千赫茲 這個電流必定要從電源拉進來 可是變壓器只是 50Hz 的 也就是說這一部分的電流 必須從變壓器拉過來 或者是變壓器旁邊的電力電解電容裏面往外放 因此它問題就出在這個地方 就是這就是高次諧波 而這些高次諧波最終都會造成變壓器的發熱 和電力電容器的發熱 若是變壓器能承受得了 電容器又不進行濾波 電容器又不進行濾波 那麼都返回到最終的發電機裏面去了 都會燒燬 變壓器也會燒燬 發電機也會燒燬 因此引發電網的解列 就是電網癱瘓 爲了解決這個問題 實際上咱們但願 但願咱們交流輸入的時候 最好是直接接一個電阻負載 也就是說交流電 交流電的這個正弦波波形的 電流波形也是正弦波的 不光是電壓 電壓和電流是徹底是同步的 徹底是實時同步的 就不會又滯後 不會有超前 那麼若是是能達到這樣的話 這樣對電網的影響最小 爲了解決這個問題 因此說咱們國際上就有一個這個 IEC61000-3-2 的高次諧波的標準 就是防止對電網形成這個重大的事故來定義的 那麼講到這兒你們都清楚了 也就是說咱們無論是 DC/DC 仍是 DC/AC 咱們這種的應用 咱們供電都是交流電 正弦波進來的 因此既然是正弦波過來 後面咱們必定有一個電容器的大電解 或者是大容量的電容器去濾波 那麼必然若是不進行這個電流波形的處理 它必然會造成一些 不一樣於正弦波的各類各樣奇怪的波形 這些波形就會產生高次諧波 而這些高次諧波只要送到電網裏面去 就會對電網裏面的電力變壓器 電力電容等等會形成傷害 甚至嚴重的時候會燒燬 那麼 爲了解決這個問題 因此說咱們要求從電網進來的時候 要求是咱們全部的用電負荷 必須是儘量地作到呈電阻負載 由於電阻負載就不存在這個問題 因此從這個意義上來說 PFC 有什麼目的 PFC 實際上最終的一個目的 就是抑制高次諧波 這個主要是指電流諧波的 就是不能讓它出現兩次的三次的四次的五次的 一直到 N 次的 那隻保留一個基波就是一次的 50Hz 或者 100Hz 的 那麼這種狀況 這是咱們作 PFC 電路的一個最重要的目的 因此咱們千萬不要把這個目的忘掉了 咱們大部分的工程師一上來就是下面這個目的 輸出穩壓調壓 咱們由於這個電路 剛纔看到的這個電路實際上輸出電壓是 好比 380 也好 400V 直流也好 就是用它來穩壓或者調節電壓的 其實咱們電源工程師時常呢就把 真正重要的高次諧波的抑制的根源 爲何這樣就把它忘掉了 很重要的 只盯着一個 穩壓和升壓這種功能 那麼這個就是咱們必定要重視的問題所在 重視了這個問題所在 因此說其實咱們的目的很明確 就是要不要讓它出現這種高次諧波 讓它來符合咱們 IEC 的標準 來支持 PFC 電路的 爲何設計它的 最重要的目的 那麼一旦離開了這個條件 因此咱們就不要去談 PFC 了 好比說咱們不少 DC/DC 的電路里面 它也要有個 Boost 升壓 它輸入的是電池或者太陽能電池板 包括光伏逆變器 它有一個 Boost 升壓 那麼後面把它逆變成交流 返回到電網去 因此這裏面就不存在 PFC 的說法 因此咱們叫 Boost 電路 就是升壓電路 固然它也有個高次諧波的抑制 它在哪裏呢 它好比說這個地方不是接電機 是接到電網裏面去了 因此它併網 那若是咱們逆變器產生的波形 電流波形畸變 若是灌到電網裏面去 也一樣會產生一樣的問題 因此也必須知足 IEC61000-3-2 這種標準 那這就是咱們 剛纔講的問題所在 因此咱們理解了這一點 因此何時咱們叫 PFC 何時叫 Boost 升壓 爲何這麼叫 這個你們就很是好理解了 就很是清晰了 因此這一點我特意把這個內容講得多一點 就是咱們千萬不要忘記了咱們作事情的目的和本源

• 整流後利用直流進行高頻變化，整流必然存在電容，因電容存在，整流輸入的電壓爲正弦波，整流輸出的電壓爲帶紋波的直流，整流輸入的電流爲鋸齒波。電流爲鋸齒波經傅里葉分解存在高次諧波會形成變壓器發熱，電力電子器件發熱。
• 指望AC-DC變換後的電流、電壓波形徹底同步
• PFC電路的目的就是抑制高次諧波

常見PFC電路和特色2：CCM&CRM

OK 咱們再來看這幅畫面 這個畫面呢咱們是要對這個 CCM 和 CRM 進行比較 那麼這個咱們首先看到 左邊這個圖是吧 這個波形圖咱們叫連續電流控制模式 就是導通模式 那麼右邊呢是臨界的導通模式 咱們 PFC 電路里面呢 其實基本上都是這兩種模式 那麼這兩種模式呢 實際上它的控制的原理是徹底不一樣的 咱們先看左邊這個圖 底下呢是一個示意圖 並非真的是這樣的 這底下這個表是表明一個驅動波形 那麼實際上咱們關注的並非這個波形 而是這個電流波形 也就是說咱們工做的時候呢 從低的電壓就是正弦波進來 電壓就一直往上上升 這個藍顏色表示電壓的正弦波電壓 那麼這個鋸齒波是表示咱們電感裏面 就是這個電感裏面跑的電流波形 因此他基本上控制原理是這樣 就是說在控制必定的這個紋波的幅值 不是很大的狀況下 而後呢也沿着這個正弦波的規律 就是把它的有效值或者平均值作出來以後 那麼至關於這個平均值或者有效值呢 就是跟咱們電壓的波形徹底同樣同步的跟蹤的 那這種原理從這個圖上來看呢 爲何叫連續的呢 就是說你看這個電流掉下來的時候 他不會爲零是吧 都是直流上面加一個紋波 那麼這種狀況咱們叫連續 那麼臨界的呢就是右邊這個圖 基本上電感的電流波形就是像這個爬升起來 基本上電感的電流波形就是像這個爬升起來 而後呢關閉了掉下來 因此說呢掉呢必定要掉到底掉到零的時候 就調到零的時候呢 而後他立刻又開始下一個脈衝 就是開通了那麼始終處於 這種恰好一到零就回來這種模式呢 一直處於這種模式 那這個模式固然就是臨界了 就是處於連續和不連續的臨界點上 那麼當這個 PFC 始終工做在這種狀態 咱們叫連續電流模型控制 那麼這兩種呢是有本質的區別的 本質區別是什麼呢 左邊的呢咱們每每是作一個固定頻率的控制 右邊的呢是變頻控制的 也就是說由於它電感量咱們若是固定不變 那麼電壓在變的時候呢 是爬升的這個電流在變 包括時間在變 那麼讓它必定要掉到底的時候 實際上掉到底的這個時間也在變 因此說呢隨着咱們不一樣的輸入輸出電壓的時候 那麼這個頻率是一直在變 就是一個正弦波的半波里面 實際上每個時刻那個脈衝都是寬度是不同的 就是這個週期都不同 那麼讓他始終處於這種狀態 那麼永遠處於這種狀態 咱們叫 CRM 這種狀態就是臨界模式 那固定頻率呢就跟這個這個地方寫了 是 CCM+DCM 或者 CRM+DCM 那麼或者它都合在一塊兒都有 什麼意思呢像這個 咱們這個電流大的時候它是連續的 那麼這個地方電流小的時候它會掉到地的 掉到地的話剛掉到地呢是屬於這種狀態 那麼再下去的話它就是不連續了 因此說固定頻率它存在這個 連續模式和臨界模式和 DCM 這種狀態 那麼 CRM 呢嚴格的意義上來說 就是純粹的這個臨界模式 固然有時候咱們也會有一些個別的狀況下 就是說頻率把它並無跟蹤那麼快 那麼底下呢就會有一段不連續的區域 因此這種狀況呢會混合成 CRM+DCM 就是這兩種不一樣的控制方式 那麼我一會會講 講到這個計算的時候會去講 這個兩個控制的不同 那麼爲何他能作咱們 PFC 或者是高次諧波的這個控制 那麼剛纔講到這個 PFC 的問題呢 其實咱們叫習慣了就是功率因素修正 Power Factor Correct 那麼其實呢咱們講的是功率因數修正 這個呢是個人理解是有點不同的 由於功率因數咱們講 PF 爲一對吧 或者是接近於爲一 PF 大那高次諧波是否是必定是小呢 那總的高次諧波確定是小 可是呢對於某一個次數的高次諧波 它不必定是小 因此說咱們真正的控制 咱們叫是叫 PFC 這種說法 實際上我真正的目的 仍是前面講的要把高次諧波控制到手 每個高次諧波所控制到咱們 能知足 IEC61000-3-2 這個標準的要求 因此這一點你們注意一下 那麼特色是這麼個特色 因此說咱們講它的影響影響是什麼呢 好比說咱們作這個 CCM+DCM 這種模式 或者是咱們就叫 CCM 這種模式 那麼它 PFC 電感就在這個地方 他工做的時候呢 它的紋波呢是在必定的小的範圍以內 並非全部的都是紋波 那麼對於 CRM 呢就是全部的都是紋波 因此說對電感這個設計的時候或者選取的時候 你就會發現 在這種狀況下要控制咱們 固然要控制紋波的含量 那麼一個很大的電流狀況下 這個電流變化率變化的這個峯峯值很小 那就是什麼是咱們這個電感量 必定要選得比較大 因此說咱們作連續模型 CCM 的時候呢 你用的電感量實際上都是要比較大的 要否則這個紋波就顯得很是的大 那麼在這種狀況下呢 其實還有一個快恢復二極管的問題 快速二極管問題是什麼 就在這個地方二極管 那麼爲何講是快恢復二極管呢 其實咱們從這個波形能夠看到 當它導通的時候 就是這個管子導通的時候 其實是咱們把這個電壓 強行的加在了這個 PFC 在電感上 那麼這地方是對地短路的 那麼加上去以後呢 它在那一瞬間就是從某一個電流的 小的電流值開始電流往上爬 爬到最高的時候呢 咱們認爲這個對電感裏面儲可以了 因此說就把這個管子關閉 關閉的那一瞬間 其實它的電流是達到這個三角波的頂點 就是這三角波頂點達到頂點的時候呢 忽然關閉了 關閉了咱們電感裏面是有電流在跑的 因此電感的電流咱們知道是它是連續的 它不會跳變對不對 那連續的就意味着什麼呢 它必定要往外流 那既然這邊流不過去 它會強行往這邊流 往二極管往這邊流 因此說呢這個時候二極管被強制導通 哪怕是外面的電壓比這邊的高 就是說咱們關閉的時候是零嘛 這電壓而後那一瞬間可能會升上來 那最終是要想導通 導通是什麼意思呢 就是 Vf 爲零 理想的時候 Vf 爲零 也就是這邊電壓等於這邊電壓等於輸出電壓 因此說呢就是關閉那一瞬間 這個電感的這一頭的電壓 會瞬間因爲它續流的做用 瞬間把電壓擡起來 擡到了跟這邊輸出電壓同樣 因此說這是它的一個工做過程 那麼一直這個電壓 輸入電壓確定是比輸出電壓低了這種狀況下 那麼它一直給她往這邊流電流 其實是給電容充電或者往負載放電 而後放到必定程度呢 由於電壓實際上 是加在這個電感兩端電壓等於這邊高 右邊的高左邊低那麼這個時候呢 這個電感呢實際上加了一個反電壓加在上面 因此說電流呢雖然是往一直往右邊流 它其實是逐步在降低 反過來電壓 是一直在降低 那降到必定程度 好比說在這個地方 降到這個地方 認爲這個能量放的差很少了 因此這個時候呢要把這個管子再次打通 你們注意這個問題 那麼她剛纔是二極管 一直往這邊電流續流是吧 雖然電流很小可是它不是零了在這個地方嘛 不是零也就意味着電流很小 仍是往這流的 往這流的過程當中 這個 Vf 固然是通的是吧 那麼一瞬間這個管子直接對地短路了 那這樣一短路出現什麼問題 這個電壓立刻掉零了對不對 那這個仍是 400V 是吧 也就是二極管立刻來一個反壓 可是在反壓以前 其實二極管是正向流的 它會須要造成一個反向的電流 就是很大的一個電流反過來流 才能造成這種絕緣層的 因此說那一瞬間呢快恢復的效應 就是一會兒就把它恢復了 恢復到這個隔離這種狀態 就是兩個不導電的狀態 那麼不然的話電流就會往下灌 因此說它經過一個很大的電流 往這邊流的時候呢 那麼造成了這個很高的一個絕緣 那麼二極管就截止了那這個過程呢 是瞬間大電流往外灌的這個過程呢 是對咱們整個的工做很是不利 它會造成什麼 造成 EMI 的問題 就是瞬間的 dI/dt 很是大 固然呢這個管子的發熱也很是大 因此說咱們要用比較好的快恢復的二極管 來作這個地方 因此說這個是咱們連續電流模型的 一個很是重要的特色 那麼若是說咱們臨界的那就不存在這問題 爲何呢臨界的電流 我剛纔講了必定要到零 也就是說電感的電流往降低 降到了零什麼意思 就是這個 Vf 沒有電流往上流了 沒有電流流的時候那它就是半導體 沒導通是否是 那麼這個時候呢 底下他實際上沒有這個 那個大量的這個電子的 那麼也就是說它降到零的時候 這兩端是沒有電壓的 沒有電壓那麼也就是說 沒有大電流往下流的時候 實際上它就不會積累了不少的電荷在地方 那麼它這地方它天然是截止狀態 就是這個二極管是個截止狀態 因此截止狀態的時候 這邊對地短路反過來加高壓 實際上這個部分呢 反過來反抽的電流就很是的小 因此它就結果呢致使 這個二極管的快恢復的要求並不高 並且沒有很大的 dI/dt 的時候呢 EMI 也會好 二極管的損耗也比較小 因此這是臨界模式或者不連續模式的優勢 因此這個呢很是重要 這一點啊是但願你們能理解 若是不理解的話 咱們去看一下二極管的這個基本的原理 那有的工程師會講 我如今我用的是碳化硅二極管 不是你講的那個少數載流子 我是多數載流子 不存在這種效應問題 就是沒有快恢復效應 那麼是否是會就會很是棒呢 就會解決這個問題呢 其實呢是固然會好一些 可是這個問題依然存在 爲何這麼講呢 其實咱們就算是沒有 SiC 碳化硅 就是沒有這快恢復效應 其實呢這個二極管它是一個結電容 在這的 蠻大的一個結電容 有的是幾十皮甚至上百皮的那個電容 至關於並在這兩端 那並在這兩端你要知道 若是我把這個電容其實是 導通的時候爲零 那麼這個一短路的時候 等於瞬間給它這個電容充電 因此反過來從這個輸出電壓 給它這個二極管的電容充電的時候呢 那麼實際上對地短路 那麼實際上對地短路 這個反過來充電電流也很是厲害 那麼雖然二極管這時候造成的損耗並不大 沒有快恢復的那個過程 因此損耗並不大 可是它依然會存在很大的 EMI 的問題 就是說很高 dI/dt 的變化 因此在這個迴路裏面會產生高頻的震盪 因此這是即使用碳化硅它能改善 可是也不多是消除這種影響 因此這是連續模式一個很是很差的一個特色

• CCM:固定頻率控制，須要好的快恢復二極管減少EMI問題，二極管損耗引發發熱；CRM:變頻控制，對快恢復要求不高，二極管的損耗較小。
• 二極管瞬間承受反壓，瞬間會有反向大電流往回灌，快恢復二極管能夠在造成方向電流時快速造成絕緣層避免電流回灌，正向導通時快速恢復導通，普通二極管相對造成絕緣層慢，反向恢復也慢？？
• EMI問題，瞬間反向大電流回灌，很高的dI/dt 的變化，損耗大，發熱大，迴路裏產生高頻振盪。

那麼臨界模式呢這個問題就會好得不少 因此說這個你們要注意 那麼開關的器件呢咱們每每選擇 場效應管 或者 IGBT 對吧 那麼何時選場效應管何時選 IGBT 其實這是跟咱們電路的設計有關係 那麼若是選 MOSFET 那就意味着咱們 能夠把開關頻率開的很高 也就是說你若是須要很高頻率的時候 那麼你用場效應管來工做 若是想 IGBT 呢通常到目前爲止 IGBT 呢基本上是工在 40K 之內的 超過 40k 那個 IGBT 要很是快很是好的管子 因此說也就是說你用 IGBT 設計 可能這地方電流能夠用得很大 可是呢你的頻率會降下來 用場效應管呢電流可能不必定很大 可是頻率能夠設計的開關得很作得很高 固然頻率越高呢 實際上這個電感量就會變小是吧 由於這個紋波控制的 同樣的紋波的狀況下頻率高了 固然它這個電感量小了 也能控制到這個很小的紋波 是吧 這個是跟咱們這個你所選擇的這個器件 和你所選的應用有關係 那麼你選擇你合適的方式 因此說這個就會相應的對應過來 因此有些時候咱們在選擇這個電感量的時候 每每並非爲了電感量而去選管子 而是說咱們基本上用什麼概念呢 我用高頻的方式來工做 仍是用比較低頻率的工做對吧 我是小電流的仍是大電流的 看到個人整個的性價比在哪一個地方比較好 那麼回過頭來咱們來肯定這個電感量 其實是這麼樣 那麼後面呢咱們的計算也是從這個角度來作的 因此說這個是它也就是不一樣的工做模式 對咱們這些幾個管子的要求和影響 固然呢用了場管呢 咱們有一點實際上很是好 就是關閉能夠來得很是的快是吧 關閉的時候由於關閉每每通常 像這種狀況都是硬開關 電流特別大的時候忽然把它關死了嘛對不對 因此是硬開關 那麼 IGBT 呢就有個壞的一點 就是關閉的時候它有拖尾效應 就是它一會兒關不死後面還拖了個尾巴 就是有點電流一直在那流着 那這個時候呢它損耗 關閉的損耗就比較大 因此適用 IGBT 爲何頻率開不了特別高 是這個緣由 在設計使用 IGBT 的時候 每每選擇 20k 或者 40k 之內的 那麼有些大功率特別大功率的 甚至是隻有工做在十幾 K 或者幾 K 固然有的大 IGBT 模塊頻率就不會很高因此咱們必定要了解這種大概這種器件的特色 那麼最終的取捨 咱們設計電路的時候取捨呢 其實是看咱們一個是元器件的損耗 還有一個看 EMI 的影響 那麼固然還有它的成本和應用的侷限 由於有些功率我以爲特別大的 你就不可能場效應管並了一大堆是吧 場效應管顯然在一樣的電壓和電流的狀況下 場效應管確定貴確定比 IGBT 較貴的多 因此說這個是徹底是因咱們的應用這從這幾個角度而後來綜合權衡 咱們這個電路到底採用 CCM 仍是 CRM 固然你要採用 CRM 還有一個狀況必需要注意的 由於採用 CRM 因此它紋波電流就特別的大 因此你只選了電感的時候 由於採用 CRM 因此它紋波電流就特別的大 這個電感必需要可以承受 很大紋波電流的時候損耗不是很大對不對 由於採用 CRM 因此它紋波電流就特別的大 那麼同時呢也就是說紋波電流特別大 那麼同時呢也就是說紋波電流特別大 這個峯值電流 器件的峯值電流就會比較高 因此說這有一些缺點 那麼固然這些紋波可能都經過電感 反饋到這個電源的迴路裏面去了 那麼這就造成了咱們 EMI 的干擾 實際上就是一個差模干擾 對不對 因此說每每在作大功率的時候 即使是用這個臨界模式 咱們每每不會用單路的臨界模式 單路的紋波所有從電網裏面拉進來 這個咱們前面的濾波器就很複雜了 因此說這裏頭呢每每會成交錯並聯 那麼後面咱們有這樣的實例

• 場效應管：高頻、小電流；硬開關，不存在拖尾效應
• IGBT：低頻（<40kHz）、大電流，存在拖尾效應，尾巴電流引發開關損耗，因此IGBT開關頻率不能特別高。
• 開關頻率越高，紋波控制頻率越高，須要電感量越小
• CRM模式每每不會用單路CRM，而選交錯CRM，由於CRM自己紋波大

常見PFC電路和特色3：單相PFC&交錯PFC

下面咱們再看這個 就是說單路的 PFC 和交錯並聯 剛纔講到交錯並聯總講到交錯並聯 其實咱們從這個波形能看到 這是一個比較特殊的一個現象 就是說咱們把這個單路的 PFC 我把這一部分再拷貝一部分過來 就變成兩路 對不對 就是兩個 PFC 電感對吧 兩個這個開關管兩個二極管對吧那麼這種狀況下呢以後呢 我假設它上面是綠顏色的電流 底下是紅顏色的電流 那麼交錯並聯了 那麼我把他兩路並聯的時候 我選 180 度相位 就是說從這個地方到這是一個週期 而後它一半的地方呢是從這兒開始 那麼到這是一個週期 就是恰好一半的週期的時候呢 進入下一個通道的開通 因此這種方式呢 180 交錯並聯 而後呢它這是一個狀態 就是說咱們兩個電感電流波形呢是這樣的 就是紋波比較大 而後把它合成 合成是什麼意思 就是從輸入的部分來看 或者從輸出對這個電解電容來看 那麼它只是在這個等於並在一塊兒了 兩個電流加在一塊兒 或者這地方並在一塊兒兩個電流加在一塊兒 加在一塊兒的時候會發現就是黑顏色的 也就是紋波就會大幅度減少 這是一個特色 而後它紋波這兩個電感量加起來以後 電流是上去了 紋波大幅度減少 那這一會兒就咱們很是但願 實際上看單路的紋波大就意味着什麼 單路的電感量小是否是 那麼雖然兩個單路電感量很是小 合成了以後呢其實紋波仍是很小的 那麼也就是說能夠來替代這個單路的大電感 來作這個紋波很小的這種狀況 那麼這樣的話呢 實際上這個電路呢在大功率應用的時候 這個電感兩個電感加起來 確定比這一個電感要便宜的多 體積要小 那麼缺點是什麼呢 電路複雜了是吧 多了一套電路 多了一套驅動 因此說這是它兩個有本質上不一樣的地方 那麼何時咱們用單路的這個 Single Boost 那麼何時用 Interleave 這個 Boost 由於 Interleave PFC 呢實際上 有咱們看這兩種狀況 其實我何時用呢 就是取決於說到底仍是一個性價比的問題 若是說你的功率特別小 總共才幾百瓦或者是幾十瓦 那若是你選雙路的就意味着什麼 意味着你這個電路很是複雜 我就算一個電感把它變成兩個了是便宜了很多 可是這個其實並不貴到哪去 單個電感 而後呢紋波作小也不難 由於我功率小的話頻率能夠開很高 電感量原本就很小 因此這個時候呢相反你的電路複雜了 對成本的影響確定更大 咱們每每通常來說就是說這種交錯並聯 是爲了實現更大的功率 就是更大的功率的時候用它比較好 那麼從我我的的體會來說呢 我是何時怎麼來判斷它是交錯並聯 仍是不交錯並聯 其實我要看咱們所選的器件 好比說我這個電路里面設計 我選的是 TO-247 的這個管子 那麼若是我一個 TO-247 的管子 我所工做的這個功率呢 基本上就夠達到要求了 那這個時候呢我若是選兩個 TO-247 來分擔的話我實際上就不合算 我一個就能解決了 那這種這種狀況下我每每是用單路的這種功率 那麼若是說我功率比較大 我就算是用一個這個 TO-247 的管子 來用在這個地方 我發現功率確定不夠 因此我這地方須要兩個管子並在一塊兒 當一個管子用 那這種狀況下兩個管子並在一塊兒 它驅動信號是同樣的 那我不如說把他兩個 反正是要用兩支管子 那我就把它分開啓動個各差 180 度 既然你這個用兩個管子 這地方基本上也是兩個管子的 因此說我把它分開 實際上個人器件並無增長個數 那這種狀況下我卻是比較推薦 用交錯並聯的方式 這樣的話由於器件沒有增長 我原先仍是用四支管子 如今也是四支管子 那麼我只是把一個電感變兩個了 那這個優點就很是的明顯 其實每每我考慮的時候呢 通常是考慮個人器件有沒有增長 若是器件不增長 個數不增長 那麼單路的單個器件的那我用單路 若是兩個器件的我就用兩路 三個器件呢最好你用 180 度那就更厲害 那個電感能夠作得很小那麼咱們看右邊這個波形 這是一個實測的波形 這是我用了一個 350uH 30A 的電流的時候 能達到 350uH 的電感 一個雙電感 而後呢把他工做在六個千瓦的一個電流 這是整個的波形 那你們看到這是你們有個印象 就是說我這個綠顏色的實際上 是咱們濾波器的輸入端 也就是說咱們電網進來的 正弦波就是被濾過了以後 即使是濾了以後 你看着有些地方仍是有些疙疙瘩瘩的地方 實際上仍是有點小紋波的 可是已經比較乾淨了 EMI 就會比較好 那麼這個紫顏色的是什麼呢 是咱們整流橋就在這個地方 整流橋整流以後的這個電壓波形 因此說它就是半個正弦波 半個正弦波 而後把它這是反半波 半個正弦波 而後把它這是反半波 而後翻上來了 實際上若是不翻上來 就是往下走了嘛 因此這是電壓波形 那咱們的目的是什麼呢 咱們的目的就是想把這兩個電感 合成以後的這個電流波形 讓它徹底跟蹤這個電壓波形跑 也就是說電壓波形是什麼形狀 我合成以後的電流波形 也是什麼形狀 那 PFC 就達到 1 了 底下這個黃顏色是單個的電感的電流波形 不管是上面仍是下面 L1 仍是 L2 那麼都是同樣的 那把這兩個波形和在一塊兒以後疊加起來 就獲得了這個藍顏色的波形 這個藍顏色波形其實是兩個電感加在一塊兒 就 IL1+IL2 的電流波形因此說從這裏頭咱們就能看到剛纔這個效果 就是說這個地方你看最頂的這個地方 紋波這麼大 疊加以後紋波確定是小了一塊 可是並無小到不少 沒有我這個畫的那麼玄乎 這個地方是好玄乎的 那我是故意挑了這麼個地方畫 其實呢你看這個地方是很玄乎的對吧 這兩個點紋波幾乎爲零的 對不對 若是我畫到這個位置取出來的 你看紋波這麼大就變成這麼小了 若是畫在這 那你看我這個就不是玄乎了 實際上我是大概是取得這個位置的波形來畫的 因此這是這個狀況 那麼何時他會變大何時變零 後面呢我再給你們介紹 這樣這是給你們一個印象 實際上經過這個印象 你就會發現用很小的電感的單路 疊加起來的紋波實際上變小了不少 很漂亮啊很乾淨 這是給你們一個交錯並聯的印象

• 兩路交錯並聯相差180度相位，即恰好一半的週期的時候呢 進入下一個通道的開通
• 交錯並聯的紋波會大幅度減少、所需電感量也會減少

原文出處：https://www.cnblogs.com/scrazy/p/10043096.html