• 回复
  • 收藏
  • 点赞
  • 分享
  • 发新帖

无桥APFC 2014年结束之前终于做出来了!

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

全部回复(73)
正序查看
倒序查看
w11132008
LV.7
2
2015-01-03 21:37

太强悍了

0
回复
btclass
LV.7
3
2015-01-03 23:26

没用的。这架构只能玩玩原理,离实用差得远。如果非要用,在10多K频率下的EMI表现好点。

看阁下搞了几颗0.47U的电容还接PE,想电人啊?还会带来很大的损耗的。

0
回复
尤小翠
LV.7
4
2015-01-04 12:53
@btclass
没用的。这架构只能玩玩原理,离实用差得远。如果非要用,在10多K频率下的EMI表现好点。看阁下搞了几颗0.47U的电容还接PE,想电人啊?还会带来很大的损耗的。

那其实是470pF..........写错了.....

这个素根据IR文档里加的 据说能降低EMI问题.....

0
回复
尤小翠
LV.7
5
2015-01-04 12:55
@btclass
没用的。这架构只能玩玩原理,离实用差得远。如果非要用,在10多K频率下的EMI表现好点。看阁下搞了几颗0.47U的电容还接PE,想电人啊?还会带来很大的损耗的。

过几年等GaN制作的mos普及了准备造图腾柱PFC

图腾柱PFC的EMI问题比窝这个小的多

但是现在的mos体二极管恢复太慢没法做 IGBT压降大又优势全无

采用GaN的图腾柱PFC再配上交错 这个肯定是大功率单相PFC的终极解决方案了hhh

0
回复
2015-01-04 20:31
这种无桥的EMI干扰很大吧!
0
回复
尤小翠
LV.7
7
2015-01-04 21:14
@Constance
这种无桥的EMI干扰很大吧!
是的 而且不好解决ORZ
0
回复
尤小翠
LV.7
8
2015-01-04 21:18
@Constance
这种无桥的EMI干扰很大吧!

有5种无桥方案

其中有三种EMI比较小

这仨要么有额外的元件(1和3) 要么现有器件无法实现(2)

 

这俩EMI问题比较严重

 

这些拓扑在电感储能和释放能量的时候电流的路径都经过2个功率元件 因此导通损耗都应该差不多....

0
回复
2015-01-04 21:59
@尤小翠
有5种无桥方案其中有三种EMI比较小[图片][图片][图片]这仨要么有额外的元件(1和3)要么现有器件无法实现(2) 这俩EMI问题比较严重[图片][图片] 这些拓扑在电感储能和释放能量的时候电流的路径都经过2个功率元件因此导通损耗都应该差不多....
最后一幅图把D2,D4换成慢管就OK了吧!
0
回复
higel
LV.8
10
2015-01-06 10:07

好贴,收藏!

0
回复
higel
LV.8
11
2015-01-06 10:08
@Constance
最后一幅图把D2,D4换成慢管就OK了吧!

最后一个结构好像台达有专利的

0
回复
2015-01-06 10:57
@higel
最后一个结构好像台达有专利的

没错,貌似这几个结构都有专利了!

0
回复
孤峰
LV.2
13
2015-01-06 12:42
@higel
好贴,收藏![图片][图片][图片]
美女,好佩服!
0
回复
尤小翠
LV.7
14
2015-01-06 14:46
@Constance
没错,貌似这几个结构都有专利了!

没专利也不用做 EMI很大的

 

有专利的话 加上ZVT软开关或者无损吸收不就能破了?

0
回复
2015-01-06 14:51
@尤小翠
没专利也不用做EMI很大的 有专利的话加上ZVT软开关或者无损吸收不就能破了?

4有EMI问题,所以转换成了1;

5把D2,D4换成慢管就没有EMI问题了;

0
回复
小矿石
LV.10
16
2015-01-06 21:50
很好很强大,可以考虑做成两象限的,母线高了还能逆变回电网
0
回复
rd_fu
LV.4
17
2015-01-07 08:14
期待你的测试结果
0
回复
caofen
LV.7
18
2015-01-08 14:04
@rd_fu
期待你的测试结果
公布一下你的测试结果
0
回复
fly
19
2015-01-08 14:23
 楼主的实验环境真是强悍!看楼主的手怎么看也不像美女的手啊
0
回复
caofen
LV.7
20
2015-01-08 14:39
@fly
 楼主的实验环境真是强悍!看楼主的手怎么看也不像美女的手啊[图片]
是一个实干家,图有吗?
0
回复
2015-01-09 10:03
帖子非常不错,推荐到帖子底部经典图库。更多请点击哦:http://www.dianyuan.com/bbs/classic/
0
回复
jianyedin
LV.9
22
2015-01-09 15:21
@尤小翠
有5种无桥方案其中有三种EMI比较小[图片][图片][图片]这仨要么有额外的元件(1和3)要么现有器件无法实现(2) 这俩EMI问题比较严重[图片][图片] 这些拓扑在电感储能和释放能量的时候电流的路径都经过2个功率元件因此导通损耗都应该差不多....

能讲讲这个拓扑不?我发现HW--3KW就是用这个

0
回复
三嘉通
LV.5
23
2015-01-10 15:43
楼主好厉害,能不能帮我开发一款2000W的电源?
0
回复
强辉兄1
LV.4
24
2015-01-10 22:42
为什么我做1比120匝的互感器会拉弧?
0
回复
尤小翠
LV.7
25
2015-01-11 01:18
@强辉兄1
为什么我做1比120匝的互感器会拉弧?
互感器次级不能开路
0
回复
2015-01-11 10:00
@jianyedin
[图片]能讲讲这个拓扑不?我发现HW--3KW就是用这个
这个拓扑的电感利用率也太低了吧!
0
回复
jianyedin
LV.9
27
2015-01-11 10:46
@Constance
这个拓扑的电感利用率也太低了吧!

HW--3KW是这样的

0
回复
张炎鸿
LV.1
28
2015-01-11 10:54
顶下小翠师傅,都是好东西值得研究
0
回复
2015-01-11 12:43
@jianyedin
[图片]HW--3KW是这样的
这个还差不多!但是控制貌似很复杂!
0
回复
2015-01-11 13:41
太厉害了     来学习学习
0
回复
jianyedin
LV.9
31
2015-01-11 14:05
@jianyedin
[图片]HW--3KW是这样的
负半周时是怎么工作的?
0
回复