开关电源参数计算

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CH4为电流波形： CH4为电流波形： 为电流波形
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③PFC 电感感值的确定 因为在PFC MOS管截止时 管截止时,PFC电感上的电流不会突变 所以下降得电流会流 电感上的电流不会突变,所以下降得电流会流 因为在 管截止时 电感上的电流不会突变 所以对于D 它所流经的最大电流应为 过D102,所以对于 102,它所流经的最大电流应为 所以对于 I=ΔＩ＝２√２UoIo/η1Uimin ΔＩ＝２ η 又√2Uinmin=LPFCΔＩ/Δt=(2LPFCUoIofPFC√2)/(η1DpfcMAXUinmin) Δ η 可得： 可得： LPFC=(Dpfcmaxη1Uimin2)/( 2U0I0FPFC) 将Uimin=U0高压(1-DpfcMAX)/√2代入上式 √ 代入上式 高压 LPFC=(U0高压2(1-DMAX)2DMAXη1)/(4U0I0FPFC) 高压 的关系式可知L的大小由输出最大电流 从L的关系式可知 的大小由输出最大电流 o, PFC MOS管的最低工作频率 的关系式可知 的大小由输出最大电流I 管的最低工作频率 fPFC、最大占空比 pfcmax,最小输入电压 imin,电源效率η1,共同决定的。 最大占空比D 最小输入电压U 电源效率η 共同决定的 共同决定的。 最小输入电压 电源效率 将DpfcMAX=0.7, η1=0.73, U0=12V, I0=12.5A(fan=0.5A), FPFC=35KHz代 代 入上式得 LPFC=320uH, （实际测得 PFC=315uH） 实际测得L ）
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④电源输出极限电流的确定 由上述的PFC感知的确定公式可以导出 0 感知的确定公式可以导出I 由上述的 感知的确定公式可以导出 I0=(U0高压2(1-DMAX)2DMAXη1)/(4U0 LPFC FPFC) 高压 从上述公式可知若要电源输出极限电流， 从上述公式可知若要电源输出极限电流，则PFC电路的工作频 电路的工作频 率最低，且占空比最大。 率最低，且占空比最大。 将DMAX=0.7, η1=0.73, LPFC=320uH, FPFC=27KHz代入得 代入得 I0MAX=16.867A (实际测得输出极限电流为 实际测得输出极限电流为17.1A) 实际测得输出极限电流为 同时从上述得输出电流公式也让我们看到了在电源输出任意电 流值的情况下，占空比和PFC电路工作频率之间的关系。 电路工作频率之间的关系。 流值的情况下，占空比和 电路工作频率之间的关系
得
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D≦U0N/η2U0高压 ≦ 即主MOS管的最大占空比 η 高压 即主 管的最大占空比 因为在二次侧应属于降压型电路,则输入与输出应符合 输出=输入 输入*D 因为在二次侧应属于降压型电路 则输入与输出应符合 输出 输入 对于此电路应有 U0=D主U0高压/N 可得: 可得 D主= U0N /U0高压 高压 高压 将D主=U0N/ U0高压代入 得表达式有 高压代入L得表达式有 X=I0/N Y=2(1-η2)I0/Nη2 η η L=U0N2η2/(2I0F主(1-η2)) η 实际测得在输出电流为1A时 电源效率 将U0=12V, N=11, η2 =0.5, I0=1A(实际测得在输出电流为 时,电源效率 实际测得在输出电流为 考虑到此效率是变压器前端至输出的效率,所以取 为46.5%,考虑到此效率是变压器前端至输出的效率 所以取η2 =0.5),F主 考虑到此效率是变压器前端至输出的效率 所以取η =70KHz 代入 的表达式得到 的感值大小 代入L的表达式得到 的表达式得到L的感值大小 L=10.37mH (实际测得 实际测得11.2mH) 实际测得
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实际测得PFC 芯片工作最低频率26.74KHz 实际测得 芯片工作最低频率
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開關電源參數計算
By Cd Zhang QE Department, QRA LITEON electronics (Dongguan) co.,LTD
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⑤ 变压器主线圈感值的确定 因为变压其前端输入电压固定,所以不论任何输入电压 所以不论任何输入电压,主 因为变压其前端输入电压固定 所以不论任何输入电压 主 MOS 的开关频率几乎固定不变 设变压器的变比为 开关频率 的开关频率几乎固定不变,设变压器的变比为 设变压器的变比为N,开关频率 为f主,, (经试验测得N=11 f主=70KHz)MOS管上的电压和流经变压 经试验测得N=11 70KHz)MOS管上的电压和流经变压 N= KHz)MOS 器的电流如下图所示: 器的电流如下图所示:
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70%. 代入上式可得： 将U0高压、Dmax代入上式可得： 高压 Uimin=82.73V 因此选取输入电压的下限为U 因此选取输入电压的下限为 imin=85V. ②PFC 二极管的确定 由能量守恒可知，在输入电压最小时，输入电流最大。 由能量守恒可知，在输入电压最小时，输入电流最大。 设最大的输入电流有效值为I 设最大的输入电流有效值为 inmax(rms) 则有： 则有： Iinmax(rms)＝U0I0/η1Uimin η 它和流经PFC电路得电流ΔＩ关系为 电路得电流Δ 它和流经 电路得电流 Ｉ＝I ΔＩ＝ inmax(rms)×２√２＝２√２U0I0/η1Uimin η 对于此机种， 对于此机种，将U0=12V,I0=13A(fan=0.5A),η1=0.73, Uimin=85V,代 η 代 入上述方程得： 入上述方程得： I=7.1109A 实际测量如图： 实际测量如图：
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从上述的推导过程可以看出， 此处的η 从上述的推导过程可以看出 ， 此处的 η2 应是变压器至输出的 效率, 为此可取η2=0.85 ， 在机台满载情况下(I0=13A)可计算出 效率 , 为此可取η 在机台满载情况下 可计算出 X=1.186A, Y=0.4186A .在超载时（ I0=17A）可计算出 在超载时（ 在超载时 ） 可计算出X=1.551A ,Y=0.547A ,X+Y=2.098A.实际测的波形如图: 实际测的波形如图: 实际测的波形如图
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2.能源浪费问题: 能源浪费问题: 过低的功率因数值若是从能量之观点来解释, 过低的功率因数值若是从能量之观点来解释,意味着输入电流的 总谐波失真( Distortion,THD)很高 很高， 总谐波失真(Total Harmonic Distortion,THD)很高，因此一部 传统式电源从标准插座（ Outlet)上所吸取之功率将 传统式电源从标准插座（Standard Outlet)上所吸取之功率将 只有插座上额定功率的五分之三左右， 只有插座上额定功率的五分之三左右，异言之将有五分之二的 能量消耗在高频谐波电流上。 能量消耗在高频谐波电流上。 因此为了提升电源转换器之输出额定功率， 因此为了提升电源转换器之输出额定功率，减少能源浪费 及杂讯干扰功率因数较正是有其必要的。 及杂讯干扰功率因数较正是有其必要的。 二.功率因数修正技术 一般的桥式整流之所以会导致PF值较低，可有以下讨论看出， PF值较低 一般的桥式整流之所以会导致PF值较低，可有以下讨论看出， 如图所示，全桥式整流只有在电源电压Vi高于电容电压Vo Vi高于电容电压Vo时才 如图所示，全桥式整流只有在电源电压Vi高于电容电压Vo时才 会导通，在这些期间输入电流必须供应半周所需之能量， 会导通，在这些期间输入电流必须供应半周所需之能量，因此 其波形呈现高尖之特性，这样的波形含有大量的高次谐波， 其波形呈现高尖之特性，这样的波形含有大量的高次谐波，其 功率因数也只能达到0.5~0.7 0.5~0.7。 功率因数也只能达到0.5~0.7。
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PFC相关参数的计算 PFC相关参数的计算
①最低输入电压的确定 如图： 如图： 电压
电流
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=(1D=Ton/(Ton+Toff) 则：Ton=D/FPFC, Toff=(1-D)/ FPFC 上升斜率= 上升斜率=ΔＩ/ Ton 下降斜率= 下降斜率=ΔＩ/ Toff 又根据电感的特性方程： 又根据电感的特性方程： U=Ldi/dt 得 MOS管导通时 =LΔＩ 当PFC MOS管导通时 √2Uimin=LΔＩ/ Ton ⑴ 当PFC MOS管截止时 U0高压－√2Uimin=LΔＩ/ Toff MOS管截止时 =LΔＩ ⑵ 可得： =(1⑴/⑵可得：√2Uimin／(U0高压－√2Uimin)=Toff/Ton=(1-D)/D 由上式可得 (1Uimin=U0高压(1-DpfcMAX)/√2 由此式可知，电源输入电压的最小值是由PFC MOS占空比和 由此式可知，电源输入电压的最小值是由 占空比和PFC 占空比和 电路最终输出的高压直流电压的数值而决定的， 电路最终输出的高压直流电压的数值而决定的，在PA-1151-3电路 电路 芯片L6561最大占空比 中，U0高压＝390V,PFC芯片 芯片 最大占空比 高压 有
y x
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由功率守衡可知; 由功率守衡可知 U0高压*Irms=W功/η2=U0 I0/η2 η η 高压 可得; 可得 Irms=U0I0/ U0高压η2 高压 下面列方程,主要依据 一周期中变压器上升的电流有效值应等于I 主要依据： 下面列方程 主要依据： 一周期中变压器上升的电流有效值应等于 rms 上升斜率应符合电感特性方程 U=Ldi/dt 初次级电流的变比应符合N.倍的关系 倍的关系. 初次级电流的变比应符合 倍的关系 因此得到方程组. 因此得到方程组 X*D主/F主+½Y*D主/F主=Irms/F主 YF主/D主= U0高压/L 高压 I =X= I0 /N 解得; 解得 X= I0/N Y=2I0(U0/D主η2U0高压-1/N) 高压 L=D主2U0高压2η2N/(2 I0 F主( U0 N- D主η2U0高压)) 高压 高压 从上述解中可得到一个隐函条件,即 ≧ 因为主MOS管在道通时 变压器的 管在道通时,变压器的 从上述解中可得到一个隐函条件 即Y≧0. 因为主 管在道通时 电流不可能下降.所以从 所以从Y≧ 条件中解得 电流不可能下降 所以从 ≧0条件中解得 U0/ D主η2U0高压≧1/N 高压
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PFC电路原理及其相关计算 PFC电路原理及其相关计算
By Stanley QE Department,QRA LITEON electronics (Dongguan) co.,LTD
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源自文库
一.PFC电路基本原理 PFC电路基本原理 电路基本
一.简介
稳定的能源设备除了能供应系统维持正常的功能外并影响整个系统的特 再者当今能源短缺急需节约能源潮流的驱使下， 性，再者当今能源短缺急需节约能源潮流的驱使下，设计产生高效率的能源 设备，减少能源浪费是为众所追求的目标。 设备，减少能源浪费是为众所追求的目标。并且在电力品质与电力性能方面 也必须有较严格的标准，例如：较大的额定功率,较小的杂讯干扰， 也必须有较严格的标准，例如：较大的额定功率,较小的杂讯干扰，较理想 的能源使用率等等，都是设计电路必须考虑的问题， 的能源使用率等等，都是设计电路必须考虑的问题，而电源转换器之功率因 数则直接影响上述性能。 数则直接影响上述性能。 一般而言，提升功率因数直接影响下述问题： 一般而言，提升功率因数直接影响下述问题： 1.杂讯干扰问题 杂讯干扰问题。 1.杂讯干扰问题。 由于桥式整流所所产生之输入电流一不规则且不连续之脉动电流， 由于桥式整流所所产生之输入电流一不规则且不连续之脉动电流，含有大 量之高频谐波，因此对于一些电子周边设备将产生一些不必要的干扰，。 ，。故 量之高频谐波，因此对于一些电子周边设备将产生一些不必要的干扰，。故 为了抑制高频谐波电流干扰必须利用外加电路来修正输入电流使其接近正弦 如此方能降低输入电流中之高频谐波含量进一步克服杂讯干扰的问题。 ，如此方能降低输入电流中之高频谐波含量进一步克服杂讯干扰的问题。