2000W双通道交错式PFC设计电路分析 高功率密度,浪涌电流控制

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查看5 | 回复0 | 2021-4-17 17:29:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
2000W交错式PFC设计电路,现在分享给大家参考,交错设计大大缩小了变压器尺寸,完整doc文件详情请看附件
STEVAL-IPFC12V1 2 kW双通道交错PFC,带STNRGPF12数字控制器,具有浪涌电流控制功能

  • 介绍
STEVAL-IPFC12V1是用于STNRGPF12数字可配置IC的2千瓦交错PFC评估板,它能够管理浪涌电流,并在工业应用的交错PFC中驱动最多两个通道。评估板实现了高功率密度,这是由于紧凑的布局和小磁性元件,这是可能的,因为交错效应。
此外,为了满足IEC 61000-3标准的电气设备。
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STNRGPF12控制器嵌入在单独的控制板上,实现混合信号(模拟/数字)平均CCM中固定频率的电流模式控制。模拟部分确保循环电流调节,而数字部分控制管理非时间关键型操作,提供进一步的灵活性。
通过使用专用的软件工具,可以为不同的应用定制设备。
危险:
      评估板使用的电压水平可能导致严重伤害甚至死亡。
断开输入电源后,不要立即触摸任何电路板,因为已充电的电容器需要时间放电。
由于高功率密度,电路板组件和散热器在接触时会变得非常热并导致严重烧伤。
此电路板供具备适当资格并熟悉电路的熟练技术人员使用
电力电子系统的安装、使用和维护。同样的人员必须了解并应用国家事故预防规则。
电气安装应按照适当的要求完成(例如,导线的横截面积、熔断和接地连接)。

二.功能概述
1.I/O测量信号
2.模拟电路
3.功率级
4.数字控制部分
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当提供适当范围内的交流输入电压时,辅助电源开始供电STNRGPF12和驱动器的电压。数字励磁涌流控制启动,直流输出电压增加到线路输入电压的峰值。
I/O测量信号用于:
?验证启动和运行条件(例如,50/60 Hz,负载/空载启动等)
?调节直流输出电压
?产生前馈补偿、断相和电流平衡功能
?触发冷却系统和安全关闭(例如,由于电压过高或过低)
STNRGPF12输出正弦电流基准(SIN_REF),用于执行输入电流调节模拟电路,为三角载波PWM调制提供信号(三角形参考、输出π[2]、[3])。
PWM信号(PWM0、PWM1)驱动两个交错通道,而使用SCR1和SCR2引脚打开混合输入桥的两个SCR。
在许多应用中,从电信到普通工业电源(SMPS),有源功率因数校正(PFC)变换器被用作AC/DC转换的第一级,以获得与电网电压同步的正弦输入电流。
PFCs允许任何下游电器出现一个纯电阻负载,并提高整体电网效率。
三.功率因数(PF)-定义
连接到电网的负载所吸收的总功率称为视在功率,它包括两个部分:
1实际功率:系统中实际产生功(如运动、加热)的功率。
2无功功率:正常运行所需的感性负载。实际功率与视在功率之比称为功率因数(PF):
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在实际系统中,PF可计算为:
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?cos?=位移系数:输入电流和线电压之间的相移。
96.005.jpg 畸变因子:由于输入电流的谐波分量而导致的功率因数下降。
总谐波失真(THD)考虑了输入电流谐波相对于基波分量的振幅:
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?I1=基频输入电流
?Ii=输入电流的第i次谐波
理想的情况是使位移系数尽可能低,从而使视在功率最小,从而降低发电机和输电线路的规模和成本。

四,Active PFC
由于boost电路的设计和驱动相对简单,因此它们是实现PFC的首选拓扑结构。
boost PFC预调节器接收来自桥式整流器的输入,并提供恒定的直流输出电压(高于峰值线电压),同时以两倍的线频率形成输入电流。
第二个转换级为一般的直流或交流负载提供适当的电压。

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如上图所示,切换周期(Tsw)可分为以下间隔:
1在这期间,电感器电流通过开关线性增加(S=1)。
2在开关闭合(S=0)后,电感器电流通过升压二极管流向负载。
根据TOFF期间电感器电流下降的水平定义以下操作模式:
1连续_导_通_模式_ ( _CCM_ )_
2不连续传导模式(DCM)
3.临界传导模式(CrM)
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CCM具有输入峰值电流低(关断损耗小)、输入电流THD低、功率因数高等优点,是大功率PFC变换器的首选模式。
然而,CCM产生高导通开关损耗(硬开关),这就是为什么并行解决方案通常更可取的原因。
五.交错
交织是指将两个或多个小级(信道)而不是一个较大的信道并行。交织的优点是以电路简单性为代价的,因此这种结构通常用于600W以上的大功率应用。
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在正常运行期间,PWM驱动信号的异相量如下:
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总功率在并联电路之间共享。
与传统的单级PFC相比,交错拓扑具有以下优点:
?降低输入电流纹波
?EMI滤波器体积减小
?减少电感器体积、
?输出电容器RMS电流值降低
?更好的交换机电源管理
?由于通道电源管理,效率更高
通过交错,等效电感电流纹波降低,并完全消除某些占空比值(例如,对于双通道升压,D=0.5;对于三通道PFC,D=0.33和D=0.66)。
由于较高的等效开关频率,因此可以减小EMI滤波器的尺寸。
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下图显示了单通道PFC相对于3通道交错解决方案在电感尺寸上的差异。三通道解决方案的体积减少了40%以上。
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