PFC电源设计与电感设计计算(三) — 常见PFC电路和特点(3) 3C

还有一种部分开关的方案

这个也是非常的这个有意思

非常的有意思

什么意思呢

因为我们前面讲的是用硅钢片做

用硅刚片做的时候

它功率如果做得更大

它就很难去处理这个事情了

因为功率大了之后

电感量就不需要那么大 就要小

所以说呢功率小的时候电感量就要大

所以说呢它呢能解决一定的范围

它不能解决很宽的范围

所以说呢我就发现有些公司

又在这个基础上进行了一些改进

当然这个改进

我觉得这个思想还是来源于日立

因为我当初看到这个方案的时候

还是日立的工程师在干

那么他是怎么个思路呢

就是他把我们高频的 PFC 的概念引进去

但是又把这个廉价的

这种高次谐波改善的这个部分开关的思想

又引进来 它是两个做了一个组合

比如说功率大了之后

他一定要把电量做小

做大了之后它有什么缺点

成本肯定高

电流那么大

你要绕很多线圈又不能饱和

所以说他是想把电感继续减小

但是又要用那种部分开关的方案

那它的思想是这么来的

我发现呢他是把这个低电压输入的时候

电压很低

这个时候呢他用类似 20k 频率的工作

但是电流很小

大家看啊这个电流其实并不大

那么由于这种情况

用硅钢片做这种方案的时候

电感量很容易做出来

所以它相对来讲

比如说我们要做一个假设到 800uH 1000uH

50A 的这种或者是 30A 这种电感

可能就会做得非常大

用硅片别做自然就可以做得很小

用硅片别做自然就可以做得很小

但是做很小的时候

我如果真的按 20k 的频率去驱动的时候

硅钢片会滚烫会冒烟的是不是

在小电流的时候呢用高频的

就这一段用高频的

当电流达到一定程度时候

它把它关了

因为我目的不是为了升压

它把它关掉了

所以说它这个地方呢

这个电压呢它进行这个电压的监视

也就是说输出电压并不一定要把它升到 380

300 比如说还是用跟随

比如 310V 就可以

我把这个短路的时候

是给它这个硅钢片的电感充电高频的

那关闭的时候 这地方就 300 来伏

它没有跑到 400 伏去

所以说呢那个电压应力也很小

那这个地方肯定有 EMI 的问题

只是说它电流很小

就在这个地方

它不需要很大

它不需要很大

所以说它 EMI 问题不是明显

开关损耗也不是很厉害

那么到了电流大到一定程度的时候

它把它关了

让它自己续流去

就是往里头直接灌电流就是这一段

那么到电流小的时候

又控制它波形

通过这个高频的开关把波形给他控制回来

所以在小电流的时候控制波形

大电流的时候

还是让它自己往里头灌不工作了

因为只有大电流的时候

开关工作时候 EMI 也厉害

损耗也厉害

那么所有的发热都上来了

所以他用这种方法呢就做到了

既是高效的又是 EMI 相对比较好的

又可以把这个电感量做得很小

电感量做的比较大

而且还是用硅钢片来做这种方案

我说的比较大是比高频方案比较大

就是比那种传统的那个完全的部分开关

肯定要小得多

所以说这样的话非常适合于大功率工作

那这个方案呢也是非常有创意

我认为是非常有创意

他完全打破了我们脑袋里面

比较僵化的一定是 PFC 就是一个 Boost

对就是一个升压就是个稳压这种思想

因为它要真正要解决的

还是把高次谐波解决掉

是解决这个问题

当然了这里头也不是没有缺点

有什么缺点

因为我工作一段的频率

关一段又工作一段

实际上它很容易产生噪音

就是说我们就是说耳朵能听到声音响

所以这个呢是不太好的

那好在哪呢还在空调里面

是外面是有个大风扇

我们室外机都是有大风扇

这个板都是装在室外机里面的

所以这个大风扇转起来已经很响了

他这个地方有点噪音呢不那么明显

然后再加上它在这个做变压器

电抗器这方面呢

要做一些比较好的防噪音的

一种设计手段在做一些折中

所以这个方案呢变得非常有价值

所以说我讲这个意思呢

也是说一定要打破我们不要墨守成规

就是我们是什么

比如说我说 PFC 就一定是什么样的

不要有这个常规

所以说我们要弄清楚你要什么

所以你要什么

把你的要什么的问题解决掉

比如说我们讲的 IEC 的标准清除掉

然后呢要的更便宜

要的是更简单 要的 EMI 小

我们要这些东西要效率更高

那么你针对这个去做就好了

同样这个思想

那么我们还可以

发生一种新的一种控制的模式

这很有意思啊

这地方我做了一个例子

是用 CRM 来举例

其实 CCM 也是一样的道理

这是什么意思呢

我们做了一个电压跟踪控制

那么电压跟踪控制什么一个概念呢

我下面这有一个表

我假设是我现在是做了一个 3000 瓦的 PFC

升压到比如 380 伏或者多少伏稳压的

然后呢我这个电路呢

我是用交错式的交错并联的就是两个

实际上画的是一个

实际上是两路的交错并联的一个 PFC

那么用临界模式

那我从这个从这个图上来看

功率因数把它做到 0.99 以上

效率达到 98%

这个时候呢我发现了这么一个现象

我们发现这么一个现象

如果是输入电压是这种情况

我输出电压把它固定在

比如说底下有两种情况

一个是 361V 固定在

就是我升压就不要升到 380

还有一个我升到 391V

就是说差 30V 啊

那什么意思呢

就是我上面这种状态

我们的控制压差是多少 50V

底下是 80V

这时候呢我要去算我的电感量是多少

我要求工作频率都是在 24k 的这种情况

那么我去算电感量是多少呢

算出来我上面的情况呢是用 90uH 就可以

下面的情况呢是要用 133uH

但是我的峰值电流是没变的

纹波的峰值是没变的

就峰峰值啊就是对 ΔI 是没有变的

所以说从这个角度来看

我们就发现这个现象

如果我这个压差

就是我升压不是要升特别高的时候

我电感量就可以选得比较小

纹波依然可以控制的住

那电感量小对吧

或者是我这个 Vo-Vin 越小

我得到同样纹波的时候

所需要的电感量越小

那么我知道这个现象的话

我能不能这样

我不管你输入电压是多少伏

我把你固定的这个升压的压差都做的不大

那我是不是就可以让它

始终保持一个比较小的纹波

而且还用一个小的电感量

那这样我是不是成本就会做得更低

那基于这个思想呢

我们再看这个右边这个图

这个图呢就是

假设我刚开始的输入电压比较低

比如说我是 200V 的

就是说像这个蓝颜色是 200V 的

那我是这样那 200V 的时候呢

我就加它 50V

我把那个稳压就稳这条加到 50V

这个地方是 50V

就是稳到这个绿线上

那么我这时候呢因为我压差小

我所需要的电感量就比较小

所以说我用这个电感量

那我当输入电压高的时候呢

那我还是这个电感量的话

我正常的话

比如说我保持一个很高的输出电压

我的纹波就非常大

那我要控制这个纹波

我让他这个输出电压呢高的时候

我也有 50V 就不管低还高

我把它锁定在 50V 上

或者是我们干脆把它锁定在 30V 上

或者是我们干脆把它锁定在 30V 上

那么这个时候呢

你就会发现你所需要的电感量就特别小

也就是说这种方式我是跟随的

就是你输入电压高

我输出电压就高

你输入电压低我输出电压就低

这个高的时候呢输出电压在这

这个低的时候呢输出电压在这

就说你这个电压在波动

我输出电压也在波动

那这种情况下根本就不一样了

我 200V 的输入的时候

比如说那个峰值电压是 280

1.414 嘛是吧 282V 这样吧是吧

283V 这样子

那我比如说我加 30V 280V 加 30V

就是说 310V

也就是说我这时候我 200V 的交流输入

我在 310V 上

那么同样的道理

如果是 220 那我峰值 310

310 我也加 30V 那我就 340

220 的时候我就稳到 340

按这个一直是按照输入的波动跟随的控制

那这个时候呢

我们就可以得到一个非常小的电感量

无论是在 CCM 或者 CRM 都可以

用一个很小的电感量来达到

我们一个纹波比较小的目的

所以这就是说我们叫电压跟踪控制

那么这个过程中呢

也是打破了我们一种常规的观念

就是我 PFC 我一定把电压固定住是吧

输出的是 380V 或者 400V

所以说只要 PFC 就一定是这么想没必要

因为我们实际上只要把高次谐波抑制住就好了

那么如果是电压不稳就不稳

我们后面影响不大就好了

这样的话呢就可以做到一个比较有竞争力

我们电感就很小

体积很小嘛可以上到电路板上去嘛对不对

所以说竞争力就会比较好的一个方案

那么这种方案其实在空调里面也是可以用的

只不过说我电压可能我们在波动

那么我们常规的变频空调刚才讲的

部分开关的方式是不是电压在波动

因为他不稳压嘛一直在波动

所以它照样做变频空调对不对

那我同样我把它做成高频的 20k 的频率

或者多少 k 的频率

那么或者 40k 的频率

那我也是让它跟那个常规的部分开关一样

我也是让他电压跟随波动的

只是比输入电压略微高一小块

那这时候呢我的高频电感就电感量就非常小

那么成本就可以控制得很好

就是我既做成高频的我都上板了

就不需要那什么大硅钢片大电感放在外面

那这些方案呢

都可以有一些借鉴

那么在我们在其他电路里面

其实这种思想如果是能融会贯通的话

其实你好多电路不一定非得要做到

稳压稳到这个地步

那么我刚才讲的是把这个稳压的功能给放开

当然还有很多的电路里面

可能把别的功能给放开也是同样的效果

也就是我们把这个相当于边界条件

相当于我们解高等数学的时候

我们取消它一个两个的约束条件

那么你整个的这个结果就完全不一样了

所以说就可以达到一个你非常期待的一个结果

就可能会出来

所以这就是说某种意义上就是一种创新

所以这就是说某种意义上就是一种创新

就是把我们的这个思路不要僵化不要固化

就是把我们的这个思路不要僵化不要固化

那么我们有关 PFC 的主要的模式

主要的一些电路常规的电路

和它的一些特点

到现在为止呢

我们用两讲的时间就把它讲完了

非常感谢大家的收看

谢谢

还有一种部分开关的方案

这个也是非常的这个有意思

非常的有意思

什么意思呢

因为我们前面讲的是用硅钢片做

用硅刚片做的时候

它功率如果做得更大

它就很难去处理这个事情了

因为功率大了之后

电感量就不需要那么大 就要小

所以说呢功率小的时候电感量就要大

所以说呢它呢能解决一定的范围

它不能解决很宽的范围

所以说呢我就发现有些公司

又在这个基础上进行了一些改进

当然这个改进

我觉得这个思想还是来源于日立

因为我当初看到这个方案的时候

还是日立的工程师在干

那么他是怎么个思路呢

就是他把我们高频的 PFC 的概念引进去

但是又把这个廉价的

这种高次谐波改善的这个部分开关的思想

又引进来 它是两个做了一个组合

比如说功率大了之后

他一定要把电量做小

做大了之后它有什么缺点

成本肯定高

电流那么大

你要绕很多线圈又不能饱和

所以说他是想把电感继续减小

但是又要用那种部分开关的方案

那它的思想是这么来的

我发现呢他是把这个低电压输入的时候

电压很低

这个时候呢他用类似 20k 频率的工作

但是电流很小

大家看啊这个电流其实并不大

那么由于这种情况

用硅钢片做这种方案的时候

电感量很容易做出来

所以它相对来讲

比如说我们要做一个假设到 800uH 1000uH

50A 的这种或者是 30A 这种电感

可能就会做得非常大

用硅片别做自然就可以做得很小

用硅片别做自然就可以做得很小

但是做很小的时候

我如果真的按 20k 的频率去驱动的时候

硅钢片会滚烫会冒烟的是不是

在小电流的时候呢用高频的

就这一段用高频的

当电流达到一定程度时候

它把它关了

因为我目的不是为了升压

它把它关掉了

所以说它这个地方呢

这个电压呢它进行这个电压的监视

也就是说输出电压并不一定要把它升到 380

300 比如说还是用跟随

比如 310V 就可以

我把这个短路的时候

是给它这个硅钢片的电感充电高频的

那关闭的时候 这地方就 300 来伏

它没有跑到 400 伏去

所以说呢那个电压应力也很小

那这个地方肯定有 EMI 的问题

只是说它电流很小

就在这个地方

它不需要很大

它不需要很大

所以说它 EMI 问题不是明显

开关损耗也不是很厉害

那么到了电流大到一定程度的时候

它把它关了

让它自己续流去

就是往里头直接灌电流就是这一段

那么到电流小的时候

又控制它波形

通过这个高频的开关把波形给他控制回来

所以在小电流的时候控制波形

大电流的时候

还是让它自己往里头灌不工作了

因为只有大电流的时候

开关工作时候 EMI 也厉害

损耗也厉害

那么所有的发热都上来了

所以他用这种方法呢就做到了

既是高效的又是 EMI 相对比较好的

又可以把这个电感量做得很小

电感量做的比较大

而且还是用硅钢片来做这种方案

我说的比较大是比高频方案比较大

就是比那种传统的那个完全的部分开关

肯定要小得多

所以说这样的话非常适合于大功率工作

那这个方案呢也是非常有创意

我认为是非常有创意

他完全打破了我们脑袋里面

比较僵化的一定是 PFC 就是一个 Boost

对就是一个升压就是个稳压这种思想

因为它要真正要解决的

还是把高次谐波解决掉

是解决这个问题

当然了这里头也不是没有缺点

有什么缺点

因为我工作一段的频率

关一段又工作一段

实际上它很容易产生噪音

就是说我们就是说耳朵能听到声音响

所以这个呢是不太好的

那好在哪呢还在空调里面

是外面是有个大风扇

我们室外机都是有大风扇

这个板都是装在室外机里面的

所以这个大风扇转起来已经很响了

他这个地方有点噪音呢不那么明显

然后再加上它在这个做变压器

电抗器这方面呢

要做一些比较好的防噪音的

一种设计手段在做一些折中

所以这个方案呢变得非常有价值

所以说我讲这个意思呢

也是说一定要打破我们不要墨守成规

就是我们是什么

比如说我说 PFC 就一定是什么样的

不要有这个常规

所以说我们要弄清楚你要什么

所以你要什么

把你的要什么的问题解决掉

比如说我们讲的 IEC 的标准清除掉

然后呢要的更便宜

要的是更简单 要的 EMI 小

我们要这些东西要效率更高

那么你针对这个去做就好了

同样这个思想

那么我们还可以

发生一种新的一种控制的模式

这很有意思啊

这地方我做了一个例子

是用 CRM 来举例

其实 CCM 也是一样的道理

这是什么意思呢

我们做了一个电压跟踪控制

那么电压跟踪控制什么一个概念呢

我下面这有一个表

我假设是我现在是做了一个 3000 瓦的 PFC

升压到比如 380 伏或者多少伏稳压的

然后呢我这个电路呢

我是用交错式的交错并联的就是两个

实际上画的是一个

实际上是两路的交错并联的一个 PFC

那么用临界模式

那我从这个从这个图上来看

功率因数把它做到 0.99 以上

效率达到 98%

这个时候呢我发现了这么一个现象

我们发现这么一个现象

如果是输入电压是这种情况

我输出电压把它固定在

比如说底下有两种情况

一个是 361V 固定在

就是我升压就不要升到 380

还有一个我升到 391V

就是说差 30V 啊

那什么意思呢

就是我上面这种状态

我们的控制压差是多少 50V

底下是 80V

这时候呢我要去算我的电感量是多少

我要求工作频率都是在 24k 的这种情况

那么我去算电感量是多少呢

算出来我上面的情况呢是用 90uH 就可以

下面的情况呢是要用 133uH

但是我的峰值电流是没变的

纹波的峰值是没变的

就峰峰值啊就是对 ΔI 是没有变的

所以说从这个角度来看

我们就发现这个现象

如果我这个压差

就是我升压不是要升特别高的时候

我电感量就可以选得比较小

纹波依然可以控制的住

那电感量小对吧

或者是我这个 Vo-Vin 越小

我得到同样纹波的时候

所需要的电感量越小

那么我知道这个现象的话

我能不能这样

我不管你输入电压是多少伏

我把你固定的这个升压的压差都做的不大

那我是不是就可以让它

始终保持一个比较小的纹波

而且还用一个小的电感量

那这样我是不是成本就会做得更低

那基于这个思想呢

我们再看这个右边这个图

这个图呢就是

假设我刚开始的输入电压比较低

比如说我是 200V 的

就是说像这个蓝颜色是 200V 的

那我是这样那 200V 的时候呢

我就加它 50V

我把那个稳压就稳这条加到 50V

这个地方是 50V

就是稳到这个绿线上

那么我这时候呢因为我压差小

我所需要的电感量就比较小

所以说我用这个电感量

那我当输入电压高的时候呢

那我还是这个电感量的话

我正常的话

比如说我保持一个很高的输出电压

我的纹波就非常大

那我要控制这个纹波

我让他这个输出电压呢高的时候

我也有 50V 就不管低还高

我把它锁定在 50V 上

或者是我们干脆把它锁定在 30V 上

或者是我们干脆把它锁定在 30V 上

那么这个时候呢

你就会发现你所需要的电感量就特别小

也就是说这种方式我是跟随的

就是你输入电压高

我输出电压就高

你输入电压低我输出电压就低

这个高的时候呢输出电压在这

这个低的时候呢输出电压在这

就说你这个电压在波动

我输出电压也在波动

那这种情况下根本就不一样了

我 200V 的输入的时候

比如说那个峰值电压是 280

1.414 嘛是吧 282V 这样吧是吧

283V 这样子

那我比如说我加 30V 280V 加 30V

就是说 310V

也就是说我这时候我 200V 的交流输入

我在 310V 上

那么同样的道理

如果是 220 那我峰值 310

310 我也加 30V 那我就 340

220 的时候我就稳到 340

按这个一直是按照输入的波动跟随的控制

那这个时候呢

我们就可以得到一个非常小的电感量

无论是在 CCM 或者 CRM 都可以

用一个很小的电感量来达到

我们一个纹波比较小的目的

所以这就是说我们叫电压跟踪控制

那么这个过程中呢

也是打破了我们一种常规的观念

就是我 PFC 我一定把电压固定住是吧

输出的是 380V 或者 400V

所以说只要 PFC 就一定是这么想没必要

因为我们实际上只要把高次谐波抑制住就好了

那么如果是电压不稳就不稳

我们后面影响不大就好了

这样的话呢就可以做到一个比较有竞争力

我们电感就很小

体积很小嘛可以上到电路板上去嘛对不对

所以说竞争力就会比较好的一个方案

那么这种方案其实在空调里面也是可以用的

只不过说我电压可能我们在波动

那么我们常规的变频空调刚才讲的

部分开关的方式是不是电压在波动

因为他不稳压嘛一直在波动

所以它照样做变频空调对不对

那我同样我把它做成高频的 20k 的频率

或者多少 k 的频率

那么或者 40k 的频率

那我也是让它跟那个常规的部分开关一样

我也是让他电压跟随波动的

只是比输入电压略微高一小块

那这时候呢我的高频电感就电感量就非常小

那么成本就可以控制得很好

就是我既做成高频的我都上板了

就不需要那什么大硅钢片大电感放在外面

那这些方案呢

都可以有一些借鉴

那么在我们在其他电路里面

其实这种思想如果是能融会贯通的话

其实你好多电路不一定非得要做到

稳压稳到这个地步

那么我刚才讲的是把这个稳压的功能给放开

当然还有很多的电路里面

可能把别的功能给放开也是同样的效果

也就是我们把这个相当于边界条件

相当于我们解高等数学的时候

我们取消它一个两个的约束条件

那么你整个的这个结果就完全不一样了

所以说就可以达到一个你非常期待的一个结果

就可能会出来

所以这就是说某种意义上就是一种创新

所以这就是说某种意义上就是一种创新

就是把我们的这个思路不要僵化不要固化

就是把我们的这个思路不要僵化不要固化

那么我们有关 PFC 的主要的模式

主要的一些电路常规的电路

和它的一些特点

到现在为止呢

我们用两讲的时间就把它讲完了

非常感谢大家的收看

谢谢