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一种低成本高性能的PFC电路

一直在寻找一种能够实现输出无工频纹波的 “单级”PFC电路,现在似乎找到了。

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2015-09-27 17:03

作为输入级用Boost电路来实现PFC功能是最理想的但Boost电路只能升压而且不能隔离所以一般都要跟其它电路组合使用,用反激电路实现PFC最简单不过反激电路只能实现断续模式的PFC功能而且不论是Boost电路还是反激电路输出都有工频纹波。

较理想的PFC电路效果应当是输入电流可断续可连续,输入输出有变压器隔离,输出电压无工频纹波等,一般只有两级以上带变压器的拓扑才能实现这样的效果见图1、图2

                                        1  Boost+反激组合电路

                                         2 Boost+正激组合电路

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2015-09-27 17:08
@boy59
作为输入级用Boost电路来实现PFC功能是最理想的但Boost电路只能升压而且不能隔离所以一般都要跟其它电路组合使用,用反激电路实现PFC最简单不过反激电路只能实现断续模式的PFC功能而且不论是Boost电路还是反激电路输出都有工频纹波。较理想的PFC电路效果应当是输入电流可断续可连续,输入输出有变压器隔离,输出电压无工频纹波等,一般只有两级以上带变压器的拓扑才能实现这样的效果见图1、图2[图片]                     图1 Boost+反激组合电路[图片]                     图2Boost+正激组合电路

组合式的缺点就是成本高,图2的电路成本尤其高。若想实现高性能的PFC功能纯单级的恐怕是无法实现的,这里所实现的的“单级”PFC其实是图1这种组合式电路的一种演变,电路见下图3

                                  3无工频纹波“单级”PFC电路

如图3这个“单级”PFC电路相对于图1的组合式少用了一个PFC电感,是借用电路中的漏感(或者称磁集成)来做为PFC电感的。

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2015-09-27 17:13
@boy59
组合式的缺点就是成本高,图2的电路成本尤其高。若想实现高性能的PFC功能纯单级的恐怕是无法实现的,这里所实现的的“单级”PFC其实是图1这种组合式电路的一种演变,电路见下图3[图片]                  图3无工频纹波“单级”PFC电路如图3这个“单级”PFC电路相对于图1的组合式少用了一个PFC电感,是借用电路中的漏感(或者称磁集成)来做为PFC电感的。

电路的工作原理可参考图4、图5

                          4 Boost电路等效工作路径

因为变压器同名端的缘故对于PFC功能变压器相当于短路只有漏感Lr起作用。

                               5 反激电路等效工作路径

对于反激功能来说其电路自成一个环路同PFC功能无关。

通过图4、图5的原理分析可以看出这个电路跟图1的组合式PFC几乎没有区别,在控制上也是一样两个电路都是独立控制的互不影响,其输入输出特性见下图

                                                    6 “单级”PFC电路仿真波形

如图6输入电路PFC效果很好输出电压也没有工频纹波,仿真结果验证了理论分析,这个电路就是图1组合式电路的演变。(图3的电路初级侧的电容和二极管也可换个位置,不过在控制上要麻烦些两个信号会互相制约)

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2015-09-27 17:14
@boy59
电路的工作原理可参考图4、图5[图片]              图4Boost电路等效工作路径因为变压器同名端的缘故对于PFC功能变压器相当于短路只有漏感Lr起作用。[图片]                图5反激电路等效工作路径对于反激功能来说其电路自成一个环路同PFC功能无关。通过图4、图5的原理分析可以看出这个电路跟图1的组合式PFC几乎没有区别,在控制上也是一样两个电路都是独立控制的互不影响,其输入输出特性见下图[图片]                           图6“单级”PFC电路仿真波形如图6输入电路PFC效果很好输出电压也没有工频纹波,仿真结果验证了理论分析,这个电路就是图1组合式电路的演变。(图3的电路初级侧的电容和二极管也可换个位置,不过在控制上要麻烦些两个信号会互相制约)

这个电路的优点就是省了一个电感,利用漏感(磁集成)替代了PFC电感,这种磁集成变压器的实现方法可参见下图

                                    7 磁集成“单级”PFC电路

相对于反激电路这里只增加了一个MOS管,电路中只用到了一个变压器所以把这种电路看成是高性能的“单级”PFC电路。

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2015-09-29 02:15
@boy59
这个电路的优点就是省了一个电感,利用漏感(磁集成)替代了PFC电感,这种磁集成变压器的实现方法可参见下图[图片]                   图7磁集成“单级”PFC电路相对于反激电路这里只增加了一个MOS管,电路中只用到了一个变压器所以把这种电路看成是高性能的“单级”PFC电路。

做单级PFC,主要为省成本,性能指标上会有较大的牺牲。

一个变压器、一个开关管的单级PFC拓扑,在实际量产中,才更有意义。

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2015-09-29 09:51
@沧海桑田_V
做单级PFC,主要为省成本,性能指标上会有较大的牺牲。一个变压器、一个开关管的单级PFC拓扑,在实际量产中,才更有意义。
鱼和熊掌不可兼得,不过单级PFC为了降低输出工频纹波一般都要加大输出电容而两级拓扑的前级电容不介意纹波大小后级电容只处理高频开关纹波综合电容容量要小于单级的电容,多一个开关而少用一些电容总成本会增加多少?
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2015-09-29 11:21
@boy59
鱼和熊掌不可兼得,不过单级PFC为了降低输出工频纹波一般都要加大输出电容而两级拓扑的前级电容不介意纹波大小后级电容只处理高频开关纹波综合电容容量要小于单级的电容,多一个开关而少用一些电容总成本会增加多少?

这个同意,多一个开关管,再减少一些电容,成本确实不会增加。

我的意思,量产中,厂家一般喜欢仅用一个开关管,后级电容也并不增加很大的,此时,就让后级有较大的工频纹波存在。因为,很多电源应用中,对于后级的纹波要求不高的场合,也很多。

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2015-09-29 12:04
@沧海桑田_V
这个同意,多一个开关管,再减少一些电容,成本确实不会增加。我的意思,量产中,厂家一般喜欢仅用一个开关管,后级电容也并不增加很大的,此时,就让后级有较大的工频纹波存在。因为,很多电源应用中,对于后级的纹波要求不高的场合,也很多。
对后级纹波要求高的场合,看你这个拓扑的仿真波形,输入电流、输出电压的波形确实都非常漂亮。
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xyc3185
LV.6
10
2015-09-29 14:12
@boy59
鱼和熊掌不可兼得,不过单级PFC为了降低输出工频纹波一般都要加大输出电容而两级拓扑的前级电容不介意纹波大小后级电容只处理高频开关纹波综合电容容量要小于单级的电容,多一个开关而少用一些电容总成本会增加多少?
楼主做出实样来了吗?最近我为去工频闪烁的事发愁.
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qymz
LV.5
11
2015-10-01 15:52
@xyc3185
楼主做出实样来了吗?最近我为去工频闪烁的事发愁.
加个去纹波的芯片不就行了
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fusion317
LV.2
12
2015-10-15 20:21
@boy59
组合式的缺点就是成本高,图2的电路成本尤其高。若想实现高性能的PFC功能纯单级的恐怕是无法实现的,这里所实现的的“单级”PFC其实是图1这种组合式电路的一种演变,电路见下图3[图片]                  图3无工频纹波“单级”PFC电路如图3这个“单级”PFC电路相对于图1的组合式少用了一个PFC电感,是借用电路中的漏感(或者称磁集成)来做为PFC电感的。
PWM1干什么用的?
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华人
LV.2
13
2015-11-19 15:38
@boy59
电路的工作原理可参考图4、图5[图片]              图4Boost电路等效工作路径因为变压器同名端的缘故对于PFC功能变压器相当于短路只有漏感Lr起作用。[图片]                图5反激电路等效工作路径对于反激功能来说其电路自成一个环路同PFC功能无关。通过图4、图5的原理分析可以看出这个电路跟图1的组合式PFC几乎没有区别,在控制上也是一样两个电路都是独立控制的互不影响,其输入输出特性见下图[图片]                           图6“单级”PFC电路仿真波形如图6输入电路PFC效果很好输出电压也没有工频纹波,仿真结果验证了理论分析,这个电路就是图1组合式电路的演变。(图3的电路初级侧的电容和二极管也可换个位置,不过在控制上要麻烦些两个信号会互相制约)

学习了。不知是否可以对boost 部分的工作原理给出详细的解释?谢了先

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2015-11-25 19:33
@fusion317
PWM1干什么用的?
PWM1是PFC电路的驱动信号
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2015-11-25 19:38
@华人
学习了。不知是否可以对boost部分的工作原理给出详细的解释?谢了先

将图4中的二极管和电容互换一下位置就变成了普通的Boost电路了

工作原理可看一下这个帖子http://www.dianyuan.com/bbs/1509798.html

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sztw
LV.5
16
2015-12-21 19:11
@boy59
电路的工作原理可参考图4、图5[图片]              图4Boost电路等效工作路径因为变压器同名端的缘故对于PFC功能变压器相当于短路只有漏感Lr起作用。[图片]                图5反激电路等效工作路径对于反激功能来说其电路自成一个环路同PFC功能无关。通过图4、图5的原理分析可以看出这个电路跟图1的组合式PFC几乎没有区别,在控制上也是一样两个电路都是独立控制的互不影响,其输入输出特性见下图[图片]                           图6“单级”PFC电路仿真波形如图6输入电路PFC效果很好输出电压也没有工频纹波,仿真结果验证了理论分析,这个电路就是图1组合式电路的演变。(图3的电路初级侧的电容和二极管也可换个位置,不过在控制上要麻烦些两个信号会互相制约)
图五的MOS反压如何处理?
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2015-12-21 19:48
@sztw
图五的MOS反压如何处理?
图五中的PWM2信号旁的电容左负右正为400V左右,MOS管并无反向的情况。
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