NCP1653 300W PFC 设计程序
原理图
STEP 1: 功率元件的选择
最基本的器件包括: 电感磁心 ,滤波电容,功率半导体(整流桥,MOS
等)等。在这个步骤没有详细的说明,只是一些选择器件的基本要点。
1. 电感的选择。
选择电感的通常的
是设定最小的纹波电流. 例如假定纹波电
流为最大输入电流的±15%。
输入最大电流(Iin)max ,是在最小输入电压 和 最大功率的情况
下,所以:
Pout(max)是最大输出功率
n: 效率
Vacll:最小输入交流电压
通常,我们假定92%的效率,输出功率300W,根据
(1)计算得出
最大电流: 5.1A.
另一方面,电感线圈中电流的正弦波的峰---峰值,是根据下面的
公式计算:
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典型的这个值一般取最大输入电流(Iin)的 10%----50%
那么如果我们在最低输入电压情况下设定±15%纹波的话,那么电感的
电感量 L有下列等式给出:
整理的
Vout:输出电压390VDC,
F : 开关频率100KHZ
Vacll: 最低输入电压90V,
得出电感得L=557uH, 我们取600uH,相当于(Iin)max±14%纹波。
最后,如果忽略电感电流的开关噪声,那么电感电流RMS得值等于交
流电流的RMS.
电感线圈的最大RMS电流的值
电感的参数:
L=600uH
I(coil)max = 5.8A
I(coil)rms = 3.7A
2. 功率半导体器件
包括: 整流桥,功率MOS,输出二极管。他们放置在同一散热器上。
根据以下的原则来确定最小的消耗的功率。
1. 一般国家的用电设备为输出功率的6%
(最低的效率设定为92%)
2. 欧洲的用电设备为输出功率的为3%
所有的损耗将最终转换成热,通过下面的公式列表来计算转换成热的
耗散功率。
n 通过下面的公式来计算整流桥消耗的功率
Vf 是整流桥二极管得正向压降
n MOS 管的消耗的功率,( 忽略 纹波电流)
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n 输出二极管得消耗的功率 Iout*Vf
Iout ==0.75A Vf==1V 消耗的功率 0。75W
在这个案例 ,可以得到
n Pbridge = 6.6 W,正向压将Vf=1V..
n Pons= Rdson *9.5 Rdson =0.19Ω, Pons =4W
n Pdiode = 0.75W
MOS 和 输出二极管得 开关损耗 主要依赖于 器件的选择,MOS 得驱动速
度和一些 缓冲网络的存在。当然还有一些其它的没有列出来。
3. 输出大电容的选择。
选择输出大容量电容得
是根据最大电压纹波,除非有其他得特殊要求
(如保持时间等)
根据这个标准需要:
Vpk−pk)max:最大允许的电压纹波峰峰值
ω:
在这个设计里,允许电压纹波±3.5%((Vpk−pk)max =7%*Vout)计算
得出
取 Cbulk=100uf
保持时间的要求:
如果保持时间是必须要求的,那么根据下式计算:
VOUT1:正常的输出电压390VDC
VOUT2: 可以接受的最低工作电压300VDC
到达VOUT2所需要保持的时间 Thold=10ms 得出
Cbulk>96.6uf
如果要符合这个要求,取100uf/450V仍是一个恰当的选择,但是,这个计算结果
是基于平均电压VOUT1 得基础上得到的,这各VOUT1 电压没有考虑100HZ或
120HZ。所以选择150UF/450V是一个折衷的选择。
输出电容的发热
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略
Step 2: 反馈管理
原理图得知,反馈包括以下几个:
n 一个滤波电容用来阻止开关噪声被 PIN1脚 检测到。1NF
得电容通常被使用来实现这个功能。Cfb1.
n 在输出电压末端和 pin1之间通过一个电阻连接,这个线路
提供一个与输出电压 vout 成比例的反馈电流。实际上,为了安全考虑,
通常是 2-3个电阻串联。(见图 1,输出电压是个比较高的,这就是反
馈电阻得一个意外的不足之处,可能会破坏芯片。所以这就为什么采
取几个电阻串联来代替一个电阻)
n 电容 C2(PIN2)与内部 300K 电阻 调整带宽,C2 的选择
100NF 可以有效的抑制 100,120HZ得纹波。
如果(Rfb= Rfb 1+Rfb2+ Rfb3),那么输出电压
Vpin1: pin1 电压=2V
Rfb:
Iref : 内部参考电流 200Ua
调节输出电压 等于 390vdc,Rfb 必须满足下面的条件
得到一个与1.94mΩ相近的,通过以下的分离电阻:Rfb1 = Rfb2 = 680
k_,Rfb3=560k ,Rfb=1.92mΩ.对应的输出电压386vdc,这是可以接受的,
最后
Step 3: Input Voltage Sensing
NCP1653 监控输入电压(Vac— 交流电压整流以后的)。实际上,pin3
被设计成来接受与输入电压vac 的平均值成比例的一个电流值。这个电流信息主
要是用来过功率保护,对于保护需要适当的调整,当输入电压最低的时候,感应
到得输入电流必须在15uA以下。
也就是说,输入电压感应线路必须这样设计(Ipin3 = 15 uA),当输入电
压=Vacll.
所以,输入电压vin 感应管理应包括以下几个环节:
n 一个就是一个滤波电容Cin1被放在pin3和gnd之间,用来防
止外界环境的干扰。大约取值1nf.
n Rin1 和Rin2 用来调节pin3的电流
n Cin2与Rin2组成低通滤波器,可以有效的滤除交流纹波。
50ms的时间常数可以使pin3脚的电流保持恒定,同时这个
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电流与输入电压成一定的比例。
VIN: 输入电压平均电压
VPIN3: 4V
VIN是被整流后的正弦波,
那么这个感应网络必须被设计成这样,(Ipin3=15uA)当
Vin =Vacll.所以:
Vacll=90V
SO: Rin1 +Rin2==5.13MΩ
让我们选择: Rin1=4.7MΩ Rin=470kΩ
NOTE: RIN2时小于RIN1.在这个案例中: RIN1/RIN2=10.
所以电容CIN2的耐压取50V ,63V.
最后:
Step 4: Current Sense Network
电流监测电路包括以下:
n 电流监测电阻
n 电阻 Rcs1 是用来限制电流
n 电阻 Rcs2 是用来调节PFC的功率容量。
n Ccs2. pin3 接收到一个与电感电流成比例的电
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流。Ccs2 必须滤除电感电流的纹波,使得Ipin3
的输入电流是与输入电流成比例的电流的真实值
(不包含纹波电流)。
_ Rsense:
你可以自由的选择Rsense的值。实际上,功耗是确定阻值的一
个主要因素。如果忽略纹波电流,最大的电阻功耗有下列公式给出:
一般的原则,选择阻值不超过最大输出功率的0.5%. 根据这个原
则:
在这个应用中,有公式得出:Rsense <=114mΩ
所以,取 Rsense =0.1Ω ,(pRsense)=1.4W.
_ Rcs1
根据限制电流来确定 Rcs1:
(Icoil)max: 电感最大电流
Iref: 内部参考电流源 200uA
在STEP1 中,(Icoil)max=5.8A, Rsense=0.1Ω,那么Rcs1:
(0.1Ω*5.8A)/200uA =2.9KΩ
_ Rcs12 and Ccs2
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Rcs2 是用来调节固定输出电压的PFC的功率等级,如果Rcs2
选择的适当,可以使电路工作模式为“Follower Boost”(3)。根据下
面的公式来计算Rcs2:
--Rin: Rin= Rin1+ Rin2
--Iref: 200ua
--Vref:==2.5V
--Vacll: 90V
--Poutmax : 300W
-- n: 效率 0.92
-- Voutll :390V在满负载的情况下。在传统的模式里,Voutll 可
以调节的(390V是比较通用的取值)。在Follower Boost 模式下,你
可以选择一个较低的电压值。
我们的
里是一种通用的取值(固定电压),所以:
Voutll=390V,那么Rcs2:
取常用的值 56K.
为了正确有效的滤除PIN3脚电压的开关纹波,时间常数要设
置为50us。这个时间常数要保证能将开关纹波滤掉,同时有小到不会
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误导低频器件。
所以,Ccs2 =50 us/Rcs2 = 893pf. 让我们取Ccs2=1nf.
最后:
NOTE 3:
.
摘要:
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原理图:
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