4 功率因数校正

[嗖嗖声]

感谢大家花时间观看

这个系列的 八个视频。

在本次课程中，我将 概述可在硬件中

实现功率因数 校正功能的方式，

尤其是使用 交错式连续

导通升压 PFC 级时。

升压 PFC 电路是 一种最常用的电路。

它相对简单， 并具有良好的性能。

这里列出了几种 不同类型的电路。

但对于真正的 高功率应用，

只会使用连续 导通模式升压 PFC。

两个 CCM PFC 级可以 交错，使得它们的 PWM

开关信号以 互成 180 度的

形式工作，从而 减小纹波电流，

甚至在更高功率条件下工作。

我想要给大家 介绍一下升压 PFC 的

一些特性。

首先，输出 电压必须始终

高于瞬时输入电压。

因此，输出电压

通常约为 400V。

其次，其输出 在二倍工频处

存在固有纹波电压。

此电压的振幅是 负载电流和

负载电容的函数。

第三，它们具有 极低的带宽控制--

通常约为 7Hz。

在施加大负载瞬态时，

这可能会导致问题。

升压 PFC 很常见， 因此我只想

指出控制系统使得

平均电感电流 会跟随线路

电压。

另外也会使用 峰值电流负载控制。

在这种情况下， 峰值导体电流

跟随线路电压。

CCM 升压 PFC 以 固定频率工作。

比较典型的值为 100KHz。

在 CCM 升压 PFC 中， 当 MOSFET Q1 导通时，

二极管电流不为零。

这意味着，需要具有 低反向恢复电荷的超快二极管，

或者也可以使用 碳化硅二极管。

若要处理更高的功率，

可以并行放置 两个 PFC 级，

并对其进行 交错开关。

这样有多项优势。

输入和输出 电流纹波会减小。

这意味着 EMI 滤波器 可以变得更简单，

并且输出电容 承载的纹波电流更小，

因此该电容可以更小。

功率损失会分散 到更多组件上。

这使得散热器 设计更简单。

在轻负载条件下， 控制器可以关闭

两个相位之一。

这可以带来 更出色的轻负载效率。

交错式 CCM PFC 级 可以采用极高的

功率水平工作。

这里显示了 交错式升压 PFC 级的

简化应用原理图， 其中采用了 UCC28070-Q1

控制器。

该器件以两相交错 形式工作，两相之间

存在 180 度 相移，不过可以

并联多个器件

来获得四个或更多相位。

该器件采用平均电流 模式控制以获得更好的功率

因数性能，并且 两个相位中的电流

在两者之间平均共享。

与往常一样，电压控制 环路具有非常低的带宽。

因此，该控制器使用 一些非线性技术，

以改善负载 和线路瞬态响应。

PFC 级的输出电容器

必须在高电压下 存储大量电能。

务必要认识到这一点 并将其完全放电，

然后再处理相关硬件。

该大容量电容器的纹波电流

有两个主要分量。

低频分量为 线路频率的两倍，

即 100 或 120 赫兹。

这种纹波电流 不会因交错而减小，

但它可以相对 简单地通过

所示的公式进行计算。

高频纹波电流

可通过交错 降低，降幅通常为

40% 至 50%。

计算高频纹波电流很复杂，

具体将在本视频系列最后的

参考资料中加以介绍。

纹波电流会导致 发热，而这通常是

决定电容器 纹波电流额定值的

因素。

根据需要，可以 在寿命和温度方面

进行权衡，但通常

应该遵循制造商的

建议。

环路补偿网络的设计

通常会在控制器 数据表中加以介绍，

我们不在这里 详细讨论。

但是，务必要 使用增益相位分析，

--即波特图-- 以及瞬态响应测试

来检查环路稳定性。

这两种方法都能 检查环路的稳定性，

但它们采用 不同的工作条件，

并且它们提供 互补的结果。

增益相位图显示了 系统对小信号扰动的

响应情况， 如此处所示。

本例中，环路 带宽约为 9 赫兹，

相位裕度 为 60 度，

通常认为足够大。

当此系统的工作条件

突然发生巨大变化时，

例如 10% 至 100% 的 负载瞬态，就可能出现问题。

许多 PFC 控制器， 包括 UCC28070-Q1，

都对此类大变化 具有非线性响应。

而对于负载瞬态 测试，我们的方法是

调查系统的稳定性。

瞬态测试通常也更容易

执行并能够对 系统的稳定性

提供良好的定性估计。

第 4 部分到此结束。

本培训系列的 下一个视频是

相移全桥简介。

[嗖嗖声]

感谢大家花时间观看

这个系列的 八个视频。

在本次课程中，我将 概述可在硬件中

实现功率因数 校正功能的方式，

尤其是使用 交错式连续

导通升压 PFC 级时。

升压 PFC 电路是 一种最常用的电路。

它相对简单， 并具有良好的性能。

这里列出了几种 不同类型的电路。

但对于真正的 高功率应用，

只会使用连续 导通模式升压 PFC。

两个 CCM PFC 级可以 交错，使得它们的 PWM

开关信号以 互成 180 度的

形式工作，从而 减小纹波电流，

甚至在更高功率条件下工作。

我想要给大家 介绍一下升压 PFC 的

一些特性。

首先，输出 电压必须始终

高于瞬时输入电压。

因此，输出电压

通常约为 400V。

其次，其输出 在二倍工频处

存在固有纹波电压。

此电压的振幅是 负载电流和

负载电容的函数。

第三，它们具有 极低的带宽控制--

通常约为 7Hz。

在施加大负载瞬态时，

这可能会导致问题。

升压 PFC 很常见， 因此我只想

指出控制系统使得

平均电感电流 会跟随线路

电压。

另外也会使用 峰值电流负载控制。

在这种情况下， 峰值导体电流

跟随线路电压。

CCM 升压 PFC 以 固定频率工作。

比较典型的值为 100KHz。

在 CCM 升压 PFC 中， 当 MOSFET Q1 导通时，

二极管电流不为零。

这意味着，需要具有 低反向恢复电荷的超快二极管，

或者也可以使用 碳化硅二极管。

若要处理更高的功率，

可以并行放置 两个 PFC 级，

并对其进行 交错开关。

这样有多项优势。

输入和输出 电流纹波会减小。

这意味着 EMI 滤波器 可以变得更简单，

并且输出电容 承载的纹波电流更小，

因此该电容可以更小。

功率损失会分散 到更多组件上。

这使得散热器 设计更简单。

在轻负载条件下， 控制器可以关闭

两个相位之一。

这可以带来 更出色的轻负载效率。

交错式 CCM PFC 级 可以采用极高的

功率水平工作。

这里显示了 交错式升压 PFC 级的

简化应用原理图， 其中采用了 UCC28070-Q1

控制器。

该器件以两相交错 形式工作，两相之间

存在 180 度 相移，不过可以

并联多个器件

来获得四个或更多相位。

该器件采用平均电流 模式控制以获得更好的功率

因数性能，并且 两个相位中的电流

在两者之间平均共享。

与往常一样，电压控制 环路具有非常低的带宽。

因此，该控制器使用 一些非线性技术，

以改善负载 和线路瞬态响应。

PFC 级的输出电容器

必须在高电压下 存储大量电能。

务必要认识到这一点 并将其完全放电，

然后再处理相关硬件。

该大容量电容器的纹波电流

有两个主要分量。

低频分量为 线路频率的两倍，

即 100 或 120 赫兹。

这种纹波电流 不会因交错而减小，

但它可以相对 简单地通过

所示的公式进行计算。

高频纹波电流

可通过交错 降低，降幅通常为

40% 至 50%。

计算高频纹波电流很复杂，

具体将在本视频系列最后的

参考资料中加以介绍。

纹波电流会导致 发热，而这通常是

决定电容器 纹波电流额定值的

因素。

根据需要，可以 在寿命和温度方面

进行权衡，但通常

应该遵循制造商的

建议。

环路补偿网络的设计

通常会在控制器 数据表中加以介绍，

我们不在这里 详细讨论。

但是，务必要 使用增益相位分析，

--即波特图-- 以及瞬态响应测试

来检查环路稳定性。

这两种方法都能 检查环路的稳定性，

但它们采用 不同的工作条件，

并且它们提供 互补的结果。

增益相位图显示了 系统对小信号扰动的

响应情况， 如此处所示。

本例中，环路 带宽约为 9 赫兹，

相位裕度 为 60 度，

通常认为足够大。

当此系统的工作条件

突然发生巨大变化时，

例如 10% 至 100% 的 负载瞬态，就可能出现问题。

许多 PFC 控制器， 包括 UCC28070-Q1，

都对此类大变化 具有非线性响应。

而对于负载瞬态 测试，我们的方法是

调查系统的稳定性。

瞬态测试通常也更容易

执行并能够对 系统的稳定性

提供良好的定性估计。

第 4 部分到此结束。

本培训系列的 下一个视频是

相移全桥简介。