PFC电源设计与电感设计计算(八) -高性价比大功率CRM Interleave PFC设计实例(3) 8C

那么我们再继续往下分析

我们做了一个计算

就是说比如说我输出是380

2kW 的功率的情况下

我需要多少电感量

那么通过我们这个计算呢

就会得到这么一条曲线

红颜色的曲线

这个曲线是什么呢

我在不同的输出功率的情况下

它所需要的电感量

如果始终让它工作 33k 的频率上

就是说我正弦波的顶点

那个最大电流点的时候

一直让它工作在 33k

那么它所需要遵循的电感量的规律呢

是这条曲线

也就是说

我只要做了一个这样曲线的电感

那么我 IGBT 工作的时候呢

它都能保证最大功率的时候

那个点

最大电流那个点的时候

是 33k 的频率

那我们 IGBT 做到 40k 频率工作是

还是普通的

比较普遍的能够做得到

比较普遍的能够做得到

所以说呢

那我们看怎么去做一条这样的曲线出来

做这个电感

那么我们因为我们是临界模式对不对

临界模式呢，工作的时候

我们前面讲了

电流是从零爬到顶再掉下来的是吧

既然是零爬到顶

说明它单路的时候纹波特别大

是不是

单路的纹波特别大

也就单路的时候

这个磁场的变化率也特别大

就是这个磁通变化率特别大

所以说有这么大的变化率的时候呢

其实呢

而且我们把它工作接近饱和对吧

最大这个地方实际上是饱和嘛

接近饱和的时候那说明什么

说明这个磁芯的就是利用率

把它利用到极限了

那么这个时候最大的问题是什么

因为 △B 肯定非常大

所以说最大的问题是

磁芯损耗非常的厉害

因为频率比较高

毕竟是30多 k 对不对

所以说呢

我们就必须选比较好的

就是低损耗的铁氧体来做

那么铁氧体呢

正好它的导磁率又很高

又可以满足

开了气隙就能满足我们这种要求

所以说就用铁氧体

但是用了铁氧体

我们有一个困惑是吧

铁氧体一般情况下

一旦饱和电感就没有了

就失磁了，就一下子

我们说不饱和之前

这个电感是平的

一直跑跑

一饱和，啪嚓掉到底了

就没有了

所以说我们要做这样的电感的时候

我们电路里面呢，往往会留出余量

比如说我 120 %的功率的时候也不能饱和

对不对

那么工作在 100%

那么工作在 100%

那这样留的余量

自然的成本就会偏高是吧

平时是不会用到的

只是某一个冲击，某个瞬间

为了防止我的这个管子过电流短路

所以说不得不留的

所以说呢

那么我们就通过这种

可以通过这种形状来解决这个问题

为什么呢

就是说

做成这种菱形块的形状了之后呢

它的饱和

从这个图你可以看到

它是不均匀的看见没有

红的地方

和蓝的地方，和绿的地方

它都是不一样对吧

那么也就是说随着你功率不一样

它这个是逐步逐步在扩散的

它没有说

我要红就一下子全红对吧

要虑一下子全绿，它不会均匀的

就是所以说我们利用了这种形状

把形状优化了之后

就让它达到这个结果

就是说饱和的时候

后面你看这是很慢的缓慢的饱和

也就是局部局部局部在饱和

那么即便是这样呢

那前面一段呢

我们也是希望要是跟着这条曲线去跑

所以说呢

那我们又增加了一个什么呢

增加了一个这个圆锥形的这个曲面

圆锥形曲面有什么好处呢

就电流小的时候它不饱和

像这样的饱和一丁点，对不对

然后呢，这时候电感量就很大

那随着电流的增加它就掉下来了

这个逐步在饱和下去了

所以它就会慢慢慢慢饱和下来

它是有这么个过程

所以说说到底

无论是这种菱形的结构

还是说这种圆锥形的结构的目的

就是让它在某一

达到一定大电流之后

不要让它一下子电感量掉到没有

而是说让逐步逐步缓慢下来

尽可能沿着这条红线跑

当然超过红线部分

工作频率比较低

所以说无所谓的

就怕低于红线

那么我们经过这样的优化了之后

那么最后我们实测

就是比如说在这个磁芯

把它加热到 100℃ 的情况下

即便高温的时候

它也要保持这样一条蓝颜色的曲线

那么得到这个蓝颜曲线

我们可以看到

大概在 3.5kW 这个地方

它还是能保证在这个 33k 的频率

那么到 4kW 呢

它频率可能会高一点

但是呢，往往在这个时候呢

我们是冲击情况

符合短时间工作

马上就关掉了

所以说一般能保证 3kW 到 3.5kW

这个区域都是低于 33k 的频率

那做到这一点的时候呢

它又是铁氧体的

所以做到这一点的时候呢

这个磁芯损耗又不是很厉害

那么虽然局部饱和这损耗很厉害

但是总体来讲

很多地方都是完全没有饱和的

所以说总的损耗并不大

散热也散得出去

所以说我们就做成了这么一个

比较特殊的电感

所以说磁芯呢

所以说磁芯呢

我们就用了这样的磁芯

就是带这个凹面的

就是让它逐步饱和的磁芯

那么做到这一点了之后

所以说呢

我们把这个场效应管就换成了 IGBT

那么工作在三十几 k 不到 40k 的频率

所以说，这实现了这个功能之后

呢那么整个成本就降下来了

所以说就会变得非常便宜

然后呢

由于这些管子都是像这边是过零的

就是没有快恢复特性

所以 EMI 有变得比较好

所以说开关损耗比较小

而且这个二级管呢又不是很贵

VF 比较小，用普通的二极管

所以整个

无论这个器件对吧

还有这个器件，成本都低

对不对

效率都不差对吧

EMI 也很好

然后呢这个器件经过磁集成

本来就可以提高了磁芯的利用率是吧

再加上我们把它工作在饱和状态

一直用在饱和曲线上

所以说没有留出很多的余量对吧

不用的余量

所以说这一部分呢

可以做得非常小巧

成本会做得非常的低

那么这样的话这也是低成本的

那么还有一点呢必须要讲的是什么呢

就是我们的 spike blocker 这个技术

那实际上呢，就是说控制

我通过这种结构和绕线

我们去控制这个线圈的导线之间

每一圈之间的这个寄生的电容对吧

通过这个绕线的方法，绕线的位置

还有这个静电场的分布的情况

让它这些寄生的电容

即便有，也是很小

即便有，也是不太影响

我们这个电荷的积累

所以说呢，是把正常规的

这个地方有很大的毛刺

这种振荡呢，就把它消除掉

就是让这个电感里面呢

就是让这个电感里面呢

不产生或者几乎不产生

这个高频的振荡毛刺

所以说那么这部分干扰源解决掉

这个地方呢干扰又很小

所以说我们整个 EMI 效果就

这个平衡度就取得非常的好

其实呢，最终的结果呢就导致

就出现了一个我们右手边这么一个

这是一个评估板

一个 3kW 功率的 PFC 的评估板

因为它除了输出的电解电容没接以外

输入交流电直接接进去

整流桥在底下

那么整流之后做两个电感的 Boost 驱动

这个是驱动电路对吧

那么还有一些通讯电路

或者各种各样故障保护都在里头做完

那么这样的话呢

输出只要接电容，就是稳压的

就是里头用的我们 TI 公司的这个

UCC28061 这个芯片

是用起来非常的好用

而且呢，它这个驱动的话呢

用这种原则呢

我们驱动也非常简单

这个芯片 3kW

我们直接驱动也没有问题

这个温升非常的小

所以说呢，那么就产生就创造了这么一个

3kW IGBT 所能用的这个

CRM 磁集成电感的应用的一个实例

那么这个例子呢

实际上应用得非常的成功

那么现在呢已经

我们投入市场呢

已经是有四年左右

四五年左右时间

而且大量的在生产

那么一致性也非常的好

所以说这就是一个一种新的创新

那么讲这个故事的一个最重要的目的

就是说

我希望通过我们大家对这个的学习

这种考虑问题的方法

那么突破我们原有脑袋里面的比较固有的

所谓的 PFC 的一些

一般来讲 CRM 都用在几百瓦是吧

CCM 用的大功率

这个一般为什么讲一般

其实我们对我们自己的每个电路来讲

是没有一般的

你具体的某一个应用

都是你一个特殊的例子

那么特殊的例子呢

你怎么把这些你要的优点结合起来

把不要的缺点

怎么用一些其它的办法手段把它排除掉

这到你这儿都是唯一的

没有一般对吧

除非是你不确定它这个目标对象

那你可以讲

一般来讲都是小功率或者都是大功率

所以说呢这个就是我们电源工程师

时常会就是犯的这一些

就是习惯性的一些思维的模式的这个

僵化或者是禁锢

所以说我们只有把这个呢

确确底底从这个最基本的道理上去理解

自己去考虑

那些优缺点怎么去解决

那么就可能产生各种各样

非常好的应用的有竞争力的例子

那么这就是我们这一个内容的要讲解的

一个非常重要的目的

就是启发大家

希望大家有不断的创新

谢谢大家

那么我们再继续往下分析

我们做了一个计算

就是说比如说我输出是380

2kW 的功率的情况下

我需要多少电感量

那么通过我们这个计算呢

就会得到这么一条曲线

红颜色的曲线

这个曲线是什么呢

我在不同的输出功率的情况下

它所需要的电感量

如果始终让它工作 33k 的频率上

就是说我正弦波的顶点

那个最大电流点的时候

一直让它工作在 33k

那么它所需要遵循的电感量的规律呢

是这条曲线

也就是说

我只要做了一个这样曲线的电感

那么我 IGBT 工作的时候呢

它都能保证最大功率的时候

那个点

最大电流那个点的时候

是 33k 的频率

那我们 IGBT 做到 40k 频率工作是

还是普通的

比较普遍的能够做得到

比较普遍的能够做得到

所以说呢

那我们看怎么去做一条这样的曲线出来

做这个电感

那么我们因为我们是临界模式对不对

临界模式呢，工作的时候

我们前面讲了

电流是从零爬到顶再掉下来的是吧

既然是零爬到顶

说明它单路的时候纹波特别大

是不是

单路的纹波特别大

也就单路的时候

这个磁场的变化率也特别大

就是这个磁通变化率特别大

所以说有这么大的变化率的时候呢

其实呢

而且我们把它工作接近饱和对吧

最大这个地方实际上是饱和嘛

接近饱和的时候那说明什么

说明这个磁芯的就是利用率

把它利用到极限了

那么这个时候最大的问题是什么

因为 △B 肯定非常大

所以说最大的问题是

磁芯损耗非常的厉害

因为频率比较高

毕竟是30多 k 对不对

所以说呢

我们就必须选比较好的

就是低损耗的铁氧体来做

那么铁氧体呢

正好它的导磁率又很高

又可以满足

开了气隙就能满足我们这种要求

所以说就用铁氧体

但是用了铁氧体

我们有一个困惑是吧

铁氧体一般情况下

一旦饱和电感就没有了

就失磁了，就一下子

我们说不饱和之前

这个电感是平的

一直跑跑

一饱和，啪嚓掉到底了

就没有了

所以说我们要做这样的电感的时候

我们电路里面呢，往往会留出余量

比如说我 120 %的功率的时候也不能饱和

对不对

那么工作在 100%

那么工作在 100%

那这样留的余量

自然的成本就会偏高是吧

平时是不会用到的

只是某一个冲击，某个瞬间

为了防止我的这个管子过电流短路

所以说不得不留的

所以说呢

那么我们就通过这种

可以通过这种形状来解决这个问题

为什么呢

就是说

做成这种菱形块的形状了之后呢

它的饱和

从这个图你可以看到

它是不均匀的看见没有

红的地方

和蓝的地方，和绿的地方

它都是不一样对吧

那么也就是说随着你功率不一样

它这个是逐步逐步在扩散的

它没有说

我要红就一下子全红对吧

要虑一下子全绿，它不会均匀的

就是所以说我们利用了这种形状

把形状优化了之后

就让它达到这个结果

就是说饱和的时候

后面你看这是很慢的缓慢的饱和

也就是局部局部局部在饱和

那么即便是这样呢

那前面一段呢

我们也是希望要是跟着这条曲线去跑

所以说呢

那我们又增加了一个什么呢

增加了一个这个圆锥形的这个曲面

圆锥形曲面有什么好处呢

就电流小的时候它不饱和

像这样的饱和一丁点，对不对

然后呢，这时候电感量就很大

那随着电流的增加它就掉下来了

这个逐步在饱和下去了

所以它就会慢慢慢慢饱和下来

它是有这么个过程

所以说说到底

无论是这种菱形的结构

还是说这种圆锥形的结构的目的

就是让它在某一

达到一定大电流之后

不要让它一下子电感量掉到没有

而是说让逐步逐步缓慢下来

尽可能沿着这条红线跑

当然超过红线部分

工作频率比较低

所以说无所谓的

就怕低于红线

那么我们经过这样的优化了之后

那么最后我们实测

就是比如说在这个磁芯

把它加热到 100℃ 的情况下

即便高温的时候

它也要保持这样一条蓝颜色的曲线

那么得到这个蓝颜曲线

我们可以看到

大概在 3.5kW 这个地方

它还是能保证在这个 33k 的频率

那么到 4kW 呢

它频率可能会高一点

但是呢，往往在这个时候呢

我们是冲击情况

符合短时间工作

马上就关掉了

所以说一般能保证 3kW 到 3.5kW

这个区域都是低于 33k 的频率

那做到这一点的时候呢

它又是铁氧体的

所以做到这一点的时候呢

这个磁芯损耗又不是很厉害

那么虽然局部饱和这损耗很厉害

但是总体来讲

很多地方都是完全没有饱和的

所以说总的损耗并不大

散热也散得出去

所以说我们就做成了这么一个

比较特殊的电感

所以说磁芯呢

所以说磁芯呢

我们就用了这样的磁芯

就是带这个凹面的

就是让它逐步饱和的磁芯

那么做到这一点了之后

所以说呢

我们把这个场效应管就换成了 IGBT

那么工作在三十几 k 不到 40k 的频率

所以说，这实现了这个功能之后

呢那么整个成本就降下来了

所以说就会变得非常便宜

然后呢

由于这些管子都是像这边是过零的

就是没有快恢复特性

所以 EMI 有变得比较好

所以说开关损耗比较小

而且这个二级管呢又不是很贵

VF 比较小，用普通的二极管

所以整个

无论这个器件对吧

还有这个器件，成本都低

对不对

效率都不差对吧

EMI 也很好

然后呢这个器件经过磁集成

本来就可以提高了磁芯的利用率是吧

再加上我们把它工作在饱和状态

一直用在饱和曲线上

所以说没有留出很多的余量对吧

不用的余量

所以说这一部分呢

可以做得非常小巧

成本会做得非常的低

那么这样的话这也是低成本的

那么还有一点呢必须要讲的是什么呢

就是我们的 spike blocker 这个技术

那实际上呢，就是说控制

我通过这种结构和绕线

我们去控制这个线圈的导线之间

每一圈之间的这个寄生的电容对吧

通过这个绕线的方法，绕线的位置

还有这个静电场的分布的情况

让它这些寄生的电容

即便有，也是很小

即便有，也是不太影响

我们这个电荷的积累

所以说呢，是把正常规的

这个地方有很大的毛刺

这种振荡呢，就把它消除掉

就是让这个电感里面呢

就是让这个电感里面呢

不产生或者几乎不产生

这个高频的振荡毛刺

所以说那么这部分干扰源解决掉

这个地方呢干扰又很小

所以说我们整个 EMI 效果就

这个平衡度就取得非常的好

其实呢，最终的结果呢就导致

就出现了一个我们右手边这么一个

这是一个评估板

一个 3kW 功率的 PFC 的评估板

因为它除了输出的电解电容没接以外

输入交流电直接接进去

整流桥在底下

那么整流之后做两个电感的 Boost 驱动

这个是驱动电路对吧

那么还有一些通讯电路

或者各种各样故障保护都在里头做完

那么这样的话呢

输出只要接电容，就是稳压的

就是里头用的我们 TI 公司的这个

UCC28061 这个芯片

是用起来非常的好用

而且呢，它这个驱动的话呢

用这种原则呢

我们驱动也非常简单

这个芯片 3kW

我们直接驱动也没有问题

这个温升非常的小

所以说呢，那么就产生就创造了这么一个

3kW IGBT 所能用的这个

CRM 磁集成电感的应用的一个实例

那么这个例子呢

实际上应用得非常的成功

那么现在呢已经

我们投入市场呢

已经是有四年左右

四五年左右时间

而且大量的在生产

那么一致性也非常的好

所以说这就是一个一种新的创新

那么讲这个故事的一个最重要的目的

就是说

我希望通过我们大家对这个的学习

这种考虑问题的方法

那么突破我们原有脑袋里面的比较固有的

所谓的 PFC 的一些

一般来讲 CRM 都用在几百瓦是吧

CCM 用的大功率

这个一般为什么讲一般

其实我们对我们自己的每个电路来讲

是没有一般的

你具体的某一个应用

都是你一个特殊的例子

那么特殊的例子呢

你怎么把这些你要的优点结合起来

把不要的缺点

怎么用一些其它的办法手段把它排除掉

这到你这儿都是唯一的

没有一般对吧

除非是你不确定它这个目标对象

那你可以讲

一般来讲都是小功率或者都是大功率

所以说呢这个就是我们电源工程师

时常会就是犯的这一些

就是习惯性的一些思维的模式的这个

僵化或者是禁锢

所以说我们只有把这个呢

确确底底从这个最基本的道理上去理解

自己去考虑

那些优缺点怎么去解决

那么就可能产生各种各样

非常好的应用的有竞争力的例子

那么这就是我们这一个内容的要讲解的

一个非常重要的目的

就是启发大家

希望大家有不断的创新

谢谢大家