詳解PFC電感的計(jì)算
臨界連續(xù)Boost電感設(shè)計(jì)
1. 臨界連續(xù)特征
Boost功率開關(guān)零電流導(dǎo)通，電感電流線性上升。當(dāng)峰值電流達(dá)到跟蹤的參考電流(正弦波)時(shí)開關(guān)關(guān)斷，電感電流線性下降。當(dāng)電感電流下降到零時(shí)，開關(guān)再次導(dǎo)通。如果完全跟蹤正弦波，根據(jù)電磁感應(yīng)定律有
或
其中：Ui、Ii為輸入電壓和電流有效值。在一定輸入電壓和輸入功率時(shí)，Ton是常數(shù)。當(dāng)輸出功率和電感一定時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間Ton與輸入電壓Ui的平方成反比。
2. 確定輸出電壓
電感的導(dǎo)通伏秒應(yīng)當(dāng)?shù)扔诮刂箷r(shí)伏秒：
則
開關(guān)周期為
可見，輸出電壓Uo一定大于輸入電壓Uip，如果輸出電壓接近輸入電壓，在輸入電壓峰值附近截止時(shí)間遠(yuǎn)大于導(dǎo)通時(shí)間，開關(guān)周期很長(zhǎng)，即頻率很低。
如果首先決定最低輸入電壓(Uimin)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通時(shí)間為TonL，最高輸入電壓(Uimax)的導(dǎo)通時(shí)間為
根據(jù)式(11)和(12)可以得到開關(guān)周期(頻率)與不同電壓比的關(guān)系。
例如，假定導(dǎo)通時(shí)間為10μs，1.414Uimin/ Uo=0.65，如果輸入電壓在±20%范圍變化，最低輸入電壓為220×0.8，輸出電壓為Uo =1.414×220×0.8/0.65=383V。周期為10/0.35=28.57μs，頻率為35kHz。在15°時(shí)，周期為12μs，相當(dāng)于開關(guān)頻率為83kHz。在最高輸入電壓時(shí)，由式(12)得到最高電壓導(dǎo)通時(shí)間Tonh=(0.8/1.2)2×TonL=4.444μs，在峰值時(shí)的開關(guān)周期為T=Tonh/(1-1.414×1.2×220/383)=176μs，相當(dāng)于開關(guān)頻率為5.66kHz。
如果我們。輸出電壓提高到410V，最低輸入電壓時(shí)開關(guān)周期為25.45μs，開關(guān)頻率為39.3kHz。15°時(shí)為11.864μs，開關(guān)周期為84.5kHz。輸入最高電壓峰值時(shí)，周期為49.2μs，開關(guān)頻率為20.3kHz。頻率變化范圍大為減少。即使在輸入電壓過(guò)零處，截止時(shí)間趨近零，開關(guān)頻率約為100kHz。最高頻率約為最低頻率只有5倍。而在383V輸出電壓時(shí)，卻為18倍。
通過(guò)以上計(jì)算可以看到，提高輸出電壓，開關(guān)頻率變化范圍小，有利于輸出濾波。但是功率管和整流二極管要更高的電壓定額，導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗增加。因此，220V±20%交流輸入，一般選擇輸出電壓為410V左右。110V±20%交流輸入，輸出電壓選擇210V。
3. 最大峰值電流
電感中最大峰值電流是峰值電流的1倍
4. 決定電感量
為避免音頻噪聲，在輸入電壓范圍內(nèi)，開關(guān)頻率應(yīng)在20kHz以上。從以上分析可知，在最高輸入電壓峰值時(shí)，開關(guān)頻率最低。故假定在最高輸入電壓峰值的開關(guān)周期為50μs.由式(11)求得
由式(12)得到最低輸入電壓導(dǎo)通時(shí)間
根據(jù)式(8)得到
5. 選擇磁芯
因?yàn)閷?dǎo)通時(shí)間隨輸入電壓平方成反比，因此應(yīng)當(dāng)在最低電壓下選擇磁芯尺寸，只要在最低輸入電壓峰值時(shí)避免飽和。
其中：N-電感線圈匝數(shù);Ae-磁芯有效截面積;Bm《Bs(100)-最大磁通密度，為減少損耗，選擇飽和磁感應(yīng)的70%。
整個(gè)窗口銅的截面積
將式(17)代入(16)，整理得到
用AP法選擇磁芯尺寸。
