这玩意窝前后苦思冥想折腾了快1年的时间啊啊啊 在2014年的最后一天终于做好了!
设计指标输入85-265VAC,输出400VDC,持续输出功率1.5kw,在85V输入时也得达到1.5kw
窝选择UCC28019作为核心控制芯片,这是一款单周期平均电流控制的PFC芯片,单周期控制技术只需要采样输入电流和输出电压即可完成PFC功能,传统的CCM模式的PFC芯片需要额外采样输入电压的瞬时值和有效值,这俩在无桥PFC中很难直接采样。因此单周期控制方案成为了首选。
其他公司类似的芯片还有安森美NCP1654、英飞凌ICE1PCS02、ICE2PCS02、ICE3PCS02等
UCC28019的开关频率为固定的65KHz,对于这个1.5kw级别的应用正好,是在电感体积和开关损耗之间的一个不错的平衡芯片带有超压保护、开环保护、输入电压过低保护、过流保护、过热保护等功能
比较难攻克的地方就是电流采样,幸运的是ST公司的一片应用文档已经给出了不错的解决方案,在这里感谢他们!
图来自ST公司的AN1606文档
这里有L1和L2两个电感,L1对功率管电流进行采样,L2对二极管电流采样,合成之后便是含有高频成分的电感电流波形。
当AC上正下负的时候,当M2开启时L1b和次级传感了M2的电流,M2关闭之后L2则传感了二极管波形
当AC上负下正的时候,当M1开启时L1b和次级传感了M1的电流,M2关闭之后 L1a和L1b产生了相反的磁通,互相抵消,此时L2传感了二极管的电流波形
Q1的作用是为了防止L1的磁芯通过次级的二极管进行磁复位,防止输出的信号含有复位电流成分
有了这个检测方法,就可以准确的反应出电感电流的波形,从而提供给芯片进行功率因数校正
窝计算得到的电流采样电阻为0.018欧,因此互感器就采用1:260的,而次级的负载电阻为4.7欧,较高的互感器初次级比有助于抵消二极管的非线性影响。两个电流互感器用0.2的漆包线绕260圈,然后穿过粗漆包线制成,结构如下:
采用互感器之后,功率回路和信号回路更独立,因此得到的电流信号更纯净
主功率电感和UCC28019的反馈和补偿回路的设计与传统的有桥PFC完全一致,因此可以方便的采用TI公司提供的excel表格进行快速计算。
为了降低EMC问题,输出电感采用双绕组耦合工艺,圈数和传统PFC所需的一样,只不过分成两部分来绕: 窝的电感采用了1.8mm的漆包线绕制,因为是CCM的,所以高频电流成分很少,基本能按照工频标准选择线径磁环采用90导磁率的77442
控制部分和功率部分的参数如下:
D407和D408用于在启动的时候给高压电容充电,防止电流冲击电感
继电器用于在PFC正常工作之后短路启动限流的NTC电阻,降低损耗
这是给控制电路供电的开关电源电路,AG_15V用于给软起动电路、同步整流控制电路和低压保护电路供电,电路采用了无光藕的形式,保证了AG_15V那路的输出稳定,反激变换器有交叉调整问题,为了保证PFC芯片得到稳定供电,IC102充当了稳压的作用。
下面介绍其他的一些控制电路
首先是低压保护功能,防止在电网电压过低时PFC输入过大电流而烧毁
这部分电路利用NE555的锁存和比较功能实现,需要结合NE555内部原理分析。输入的AC经过整流滤波后进行检测,当6脚电压大于5脚电压时输出变为低电平,光藕得电工作,AC_GOOD信号传递给PFC芯片使之开始工作,当IC201A的5脚小于5.2V之后,2脚电压变低,3脚输出高电平关闭光藕,此时PFC芯片被禁止工作以达到保护目的。
然后是同步整流控制电路,用于使续流的管子持续导通,避免体二极管导通,提高效率
稳压管用于保护比较器,电容用于滤波。之所以用输入AC分压后和一个非零电压比较是为了在Sync1和Sync2之间产生一定死区时间避免同时长时间导通引起炸鸡
最后是软起动电路
这部分只是一个延时接通可控硅的电路
最终的PCB:
实物图和带2.4kw负载的图片:
最后发电路图和PCB 用AD10能打开:1.5Kw无桥PFC.zip
过几天等仪器到了之后准备进行更详细的效率和PF测试w