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关于boost PFC输入电容和boost电感的匹配探讨

 

本人在做数字化PFC,在硬件电路上,遇到一个之前没有想到的问题。

关于Cin的选取与L的大小的关系。遇到的问题可描如下:

1.当不加Cin时,整流桥后端输入电压波形如下图:

 

2.当添加470nf的电容后,若电感量为1mH。输入电压波形如下图:

 

3.同为470nf情况下,若电感减小为600uf,输入电压波形如下图:

 

4.在电感为1mH时,若增加电容至820nf,输入电压波形较情况2有明显改善。

有下面几个问题请教:

1.为何MOSFET开关毛刺对输入电压波形影响如此严重,哪来的毛刺?

2.增大电容量可以减小毛刺,但会抬高电压,电容量越大,吸收效果越好,但对功率因数的影响也越大。

3.增大感量可以保证电路工作在连续模式状态,但电感越大,毛刺越大,减小电感就会出现电流断续状态。

请教诸位在做基于UC3854的CCM模式PFC时,如果工作在150W,电感量达到3mH,如何解决输入电压毛刺问题?

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2012-06-12 15:21
先做下记号。。。
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2012-06-12 19:10
@dxsmail
先做下记号。。。

谢谢你的沙发!

我比较想搞清楚为什么会出现这样的毛刺?是不是CCM模式下,如果功率不大,电感值较大,这样的问题难以避免?

临界导通模式不是不存在这样的问题,只是其感量都较小,这个问题没有出现。如果去掉Cin或者加大感量,也会同样出现这样的问题。

诸位如果不相信,可以拿着自己的电路试试看。

愿意深入探讨!

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mko145
LV.8
4
2012-06-12 20:24
1. 但凡开关电源(硬开关)都会有开关噪声,也就是看到的毛刺,很正常 ~ 
2. 有电容可以减小噪声,这是电容的滤波作用,否则它就不叫电容了。
3. “电容量越大,吸收效果越好,但对功率因数的影响也越大。” 这也就是我们为什么要加 PFC 的原因。想想看,如果电容用到 200uF, 是不是已经是直流了~
4. 感量大,电路工作在连续模式状态。开关管开关的时候电感上有电流,所以噪声会大。非连续模式或者临界模式,开关管开关的时候电感上已经没有电流了,故而没有噪声。
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2012-06-15 22:47
@mko145
1.但凡开关电源(硬开关)都会有开关噪声,也就是看到的毛刺,很正常~ 2.有电容可以减小噪声,这是电容的滤波作用,否则它就不叫电容了。3.“电容量越大,吸收效果越好,但对功率因数的影响也越大。”这也就是我们为什么要加PFC的原因。想想看,如果电容用到200uF,是不是已经是直流了~4.感量大,电路工作在连续模式状态。开关管开关的时候电感上有电流,所以噪声会大。非连续模式或者临界模式,开关管开关的时候电感上已经没有电流了,故而没有噪声。

真诚谢谢您的热心答复!

4. 感量大,电路工作在连续模式状态。开关管开关的时候电感上有电流,所以噪声会大。非连续模式或者临界模式,开关管开关的时候电感上已经没有电流了,故而没有噪声。

为什么开关管开关的时候电感上有电流噪声会大?能否进一步指教!不甚感激!

还有对于200W以内的CCM模式是不是天生就不适合了?因为感量都在2mH以上,输入电压波形已经较差。

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2012-06-16 07:58
@wangyang8695
真诚谢谢您的热心答复!4.感量大,电路工作在连续模式状态。开关管开关的时候电感上有电流,所以噪声会大。非连续模式或者临界模式,开关管开关的时候电感上已经没有电流了,故而没有噪声。为什么开关管开关的时候电感上有电流噪声会大?能否进一步指教!不甚感激!还有对于200W以内的CCM模式是不是天生就不适合了?因为感量都在2mH以上,输入电压波形已经较差。

应该不是吧??

只是CCM适合大功率。。。

你用哪块芯片????

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2012-06-16 07:58
@wangyang8695
真诚谢谢您的热心答复!4.感量大,电路工作在连续模式状态。开关管开关的时候电感上有电流,所以噪声会大。非连续模式或者临界模式,开关管开关的时候电感上已经没有电流了,故而没有噪声。为什么开关管开关的时候电感上有电流噪声会大?能否进一步指教!不甚感激!还有对于200W以内的CCM模式是不是天生就不适合了?因为感量都在2mH以上,输入电压波形已经较差。
一般碰到的都是电感不足的。。。呵。。
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2012-06-16 08:00

CIN最好大点。。。

对后面的PFC影响很大。。

用派型滤波吧。。。

两个474再加200UH以上的电感才行。。。

不然只用一个1UF的电容也可以。。。。


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2012-06-16 08:02
@dxsmail
CIN最好大点。。。对后面的PFC影响很大。。用派型滤波吧。。。两个474再加200UH以上的电感才行。。。不然只用一个1UF的电容也可以。。。。

这个问题不止CCM会遇到。。。

DCM和CRM都会遇到。。。

很少人碰到都是抄板的。。。呵。。。都通用了。。。474电容+200UH+474电容。。。。

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mko145
LV.8
10
2012-06-16 08:49
@wangyang8695
真诚谢谢您的热心答复!4.感量大,电路工作在连续模式状态。开关管开关的时候电感上有电流,所以噪声会大。非连续模式或者临界模式,开关管开关的时候电感上已经没有电流了,故而没有噪声。为什么开关管开关的时候电感上有电流噪声会大?能否进一步指教!不甚感激!还有对于200W以内的CCM模式是不是天生就不适合了?因为感量都在2mH以上,输入电压波形已经较差。

1. 电子器件的开关不是理想的开关,需要时间。在关断的瞬间,电流减小而电压上升。其间电压和电流的乘积不为0。有所谓的开关损耗、会产生开关噪声。

2. 前面第4点说的不严谨。应该是 - 非连续模式或者临界模式,开关管在打开的时候电感上没有电流。关断的时候,所有模式下都是有电流。所以,开关噪声是不可避免的。

3. CCM模式在200W以内同样适用,只不过非连续模式或者临界模式不太适合于大功率的场合。

4. 感量2mH好像有些大哦,是频率选的较低吧

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2012-06-17 19:05
@dxsmail
CIN最好大点。。。对后面的PFC影响很大。。用派型滤波吧。。。两个474再加200UH以上的电感才行。。。不然只用一个1UF的电容也可以。。。。

恩!谢谢!

1uF的电容,输入电压已经被抬起一段。

明天用你说的PI型滤波试试。电感用磁环绕一个就可以吧?

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2012-06-17 19:18
@dxsmail
应该不是吧??只是CCM适合大功率。。。你用哪块芯片????
在做数字化。
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2012-06-17 19:20
@mko145
1.电子器件的开关不是理想的开关,需要时间。在关断的瞬间,电流减小而电压上升。其间电压和电流的乘积不为0。有所谓的开关损耗、会产生开关噪声。2.前面第4点说的不严谨。应该是-非连续模式或者临界模式,开关管在打开的时候电感上没有电流。关断的时候,所有模式下都是有电流。所以,开关噪声是不可避免的。3.CCM模式在200W以内同样适用,只不过非连续模式或者临界模式不太适合于大功率的场合。4.感量2mH好像有些大哦,是频率选的较低吧

谢谢!

我的疑问是,ZVS可以减小开关损耗,还能减小开关噪声吗?

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mko145
LV.8
14
2012-06-17 22:02
@wangyang8695
谢谢!我的疑问是,ZVS可以减小开关损耗,还能减小开关噪声吗?
没有开关损耗,也就没有开关噪声了 ~
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rainever
LV.8
15
2012-06-18 12:00
@wangyang8695
恩!谢谢!1uF的电容,输入电压已经被抬起一段。明天用你说的PI型滤波试试。电感用磁环绕一个就可以吧?

Input Capacitor

The input filter capacitor (CIN) has to sustain the input instantaneous voltage (VIt), with an imposed voltage ripple,

during the turn-on (ton) time of the Mosfet.

The worst conditions will be found at the minimum rated input voltage VIrms(min).

The maximum high frequency voltage ripple (r = ΔVI / VI) has to be imposed:

CIN> Kr*Irms / (2⋅π⋅fsw⋅r⋅Vlrms)

Where: Kr is the current ripple coefficient.

r = 0.02 to 0.08.

The CIN maximum value is limited to avoid current distortion.

参考这个,最多的时候我用到4uf也能正常工作

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2012-06-18 17:57
@rainever
InputCapacitorTheinputfiltercapacitor(CIN)hastosustaintheinputinstantaneousvoltage(VIt),withanimposedvoltageripple,duringtheturn-on(ton)timeoftheMosfet.TheworstconditionswillbefoundattheminimumratedinputvoltageVIrms(min).Themaximumhighfrequencyvoltageripple(r=ΔVI/VI)hastobeimposed:CIN>Kr*Irms/(2⋅π⋅fsw⋅r⋅Vlrms)Where:Kristhecurrentripplecoefficient.r=0.02to0.08.TheCINmaximumvalueislimitedtoavoidcurrentdistortion.参考这个,最多的时候我用到4uf也能正常工作

为什么during the turn-on (ton) time of the Mosfet会Vin产生纹波呢?不是开关毛刺?

这句话the worst conditions will be found at the minimum rated input voltage VIrms和我观察到的现象一致。

The CIN maximum value is limited to avoid current distortion。损耗是指电容上的损耗吧?

能不能把整份文档传上来?

最后,真心谢谢你的回答!

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rainever
LV.8
17
2012-06-19 14:41
@wangyang8695
为什么duringtheturn-on(ton)timeoftheMosfet会Vin产生纹波呢?不是开关毛刺?这句话theworstconditionswillbefoundattheminimumratedinputvoltageVIrms和我观察到的现象一致。TheCINmaximumvalueislimitedtoavoidcurrentdistortion。损耗是指电容上的损耗吧?能不能把整份文档传上来?最后,真心谢谢你的回答!

这个从一个datasheet上看来的.公司无法上传.

我觉得在on的时候,对输入电压进行斩波,高频产生了噪音,会传递到整个回路吧, 其实可以接示波器去看看.

worst case很好理解,输入电压最低时候,ΔVi / Vi值最大,现象就严重.

Cin不能太大,不然输入电流就畸形了. 因为PFC一般都有个Vinac或Iac信号来给电流塑形,当Vin发生变化的时候,电流波形随之变化.

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