PFC 和开关电源在电焊机中的应用 傅浩杰 ( 应用技术经理 ) 刘诗裕 ( 应用工程师 ) July 2009
1-1.1 在电网中, 随着电力电子技术的快速发展, 越来越多的电力电子设备在电网中使用, 特别是采用整流桥和电解电容作为前级电路的开关电源和交直交变频电路的广泛使用, 对电网照成了严重的谐波电流污染 有源功率因数校正 (APFC) 技术作为解决谐波电流污染的重要技术, 得到了广泛的研究和发展 1-1.2 PFC 的优点 : 1. 减小输电线路的铜耗, 电力变压器容量使用率提升 2. 可以使用更小型号的整流器, 减小滤波元件的尺寸
1-2.1 无 PFC 整流电路, 输入电压和电流波形 电流峰值大导通时间短 图 1-1 AC/DC 整流电路 图 1-2 电网侧输入电压和与输入电流波形
1-3.1 从上图中可以看出, 在每半个工频周期内, 只有输入电压峰值附近才有输入电流, 因此输入功率因数很低 1-3.2 输入电流谐波限制标准 : GB 17625.1-1998 eqv IEC6100-2-3 低压电气及电子设备谐波电流限值 IEC 6100-3-2:1995 单相输入电流小于 16A 的设备谐波电流限值 EN 61000-6-2:1995 eqv EN 50082-1:1995 工业环境设备电流谐波限值 EN 50081-2:1996 商业居住和工业照明电流谐波限值 1-3.3 PFC 技术根据是否采用有源器件可分为无源 PFC 技术和有源 PFC 技术, 本部分主要介绍单相有源功率因数校正 (APFC)
1-4.1 APFC 校正芯片对比 IC 型号 L6562 L6563 L4981A/B 封装 DIP-8 SO-8 S0-16 DIP-20 SO-20 工作模式 临界模式 临界模式 平均电流模式 电路架构 BOOST BOOST BOOST 驱动能力 -600mA/+800mA -600mA/+800mA -1.5A/+2A 表 1-1 不同 PFC IC 对比
1-5.1 L6562 内部框图 图 1-3 L6562 内部框图
1-5.2 L6562 PFC 原理图及 DEMO 图 1-4:L6562 FOT PFC SCH 图 1-5:L6562 FOT PFC 400W DEMO
1-6.1 L6563 PFC IC 内部框图 图 1-6 L6563 内部框图
1-6.2 L6563 3KW FOT PFC 原理图 图 1-7 3KW L6563 PFC SCH
1-6.3 L6563 3KW FOT PFC DEMO 板 图 1-8 3KW L6563 PFC DEMO 板
1-7.1 L4981 PFC IC 内部框图 图 1-9 L4981 内部框图
1-7.2 L4981 1.5KW PFC 原理图 图 1-10 L4981 1.5KW PFC 原理图
1-8.1 PFC 用 MOSFET IGBT 门级驱动 HV DC 600V 应用 : 应用于高压门级驱动 Load 不需要高级控制功能, 也不需要 L638x L638x L638x 隔离的应用 器械, 设备 / 工业应用 GND 图 1-12,IGBT MOS 半桥驱动 IC
1-8.2 ST 驱动优势 : ST 最先进的驱动技术输出电流大内置自举二极管, 消除外部自举二极管高频性能好 ( 由于使用 ST BCD 工艺制成 ) 欠压锁存关闭输出 L6384E L6387E L6385E L6388E L639x L6386E
1-8.3 半桥驱动 IC L6384E L6385E L6386E L6387E L6388E 非对称半桥 No Yes Yes No No 对称半桥 Yes Yes Yes Yes Yes 关断功能 Yes No Yes No No Built in Comp. No No Yes No No 欠压锁存 On/off Vcc Yes Turn-On: 12V Turn-Off: 10V Yes Turn-On: 9.6V Turn-Off: 8.3V Yes Turn-On: 12V Turn-Off: 10V 表 1-2 半桥驱动 IC 对比 Yes Turn-On: 6V Turn-Off: 5.5V Yes Turn-On: 9.6V Turn-Off: 8.3V
1-9.1 高压单管驱动 IC HV DC 1200V 应用 : TD35x TD35x TD35x 高低压侧驱动单独控制 Load 需要高性能的高功率应用场合 TD35x TD35x TD35x 可应用于隔离驱动 GND 工业应用 图 1-13 高压单管驱动 IC
1-9.2 高压单管驱动 IC 内部结构 IN UVLO DESAT VREF FAULT NC COFF NC LVOFF Vref Control Block Off delay Off Level Desat VH OUTH OUTL VL CLAMP GND IN VREF CD LVOFF Vref Control Block Delay Off Level UVLO TD351 VH OUT VL CLAMP IN VREF CD DESAT Vref Control Block Delay Desat UVLO TD352 VH OUT VL CLAMP TD350 应用 : 1200V 3 相转换器 工业马达控制驱动 UPS 系统
1-9.3 TD350 中功率应用原理 IN UVLO DESAT VREF Vref Desat VH 16V FAULT NC Block OUTH OUTL COFF NC Off delay Control VL CLAMP LVOFF Off Level GND TD350 中功率 IGBT/MOSFET 驱动 具有密勒嵌位功能
1-PFC 在电焊机中的应用 1-9.4 TD350 大功率应用原理 IN UVLO DESAT VREF Vref Desat VH 16V FAULT NC Block OUTH OUTL COFF NC Off delay Control VL CLAMP -10V LVOFF Off Level GND TD350 大功率 IGBT/MOSFET 驱动 门级负压抽电流
1-9.5 三款驱动 IC 对比表 Feature Part TD350 TD351 TD352 峰值电流 +/- (min.) +0.75A / -1.2A +0.75A / -1.0A 密勒嵌位 yes yes yes 门级负压驱动 yes yes yes 2- 级关断控制 yes yes no 电感饱和检测 yes no yes 故障信号输出 yes no no sink/src 单独输出 yes no no 输入信号 脉冲变压器 - 光耦 yes yes yes yes no yes 封装 SO14 SO8 表 1-3 驱动 IC 对比 表
1-10.1 威雅利电子在 PFC 应用中可提供的元器件 元器件 ST Toshiba Vishay Murata Rubycon Samxon MOSFET IGBT PFC 控制 IC 电解电容 二极管 门级驱动 IC 无极性电容 电阻器 品牌 表 1-4
2. 开关电源在电焊机中的应用 2-1.1 开关电源的优点 体积小, 重量轻 效率高, 输出电压范围宽 自身抗干扰性强 多种电压输出, 相互隔离好 容易得的负压 输入电压工作范围宽 2-1.2 开关电源在电焊机中的作用 主控 IC 供电 继电器供电 MCU 供电 门级驱动 IC 供电 PFC IC 供电 运放供电
2. 开关电源在电焊机中的应用 2-2.1 开关电源电路框架 由于电焊机开关电源功率基本都小于 100W, 所以本部分讨论离线式反激电源 OPB OPA 图 2-1 Off-line flyback 原理框图
2. 开关电源在电焊机中的应用 2-2.2 开关电源电路框图和内部时序图 图 2-2 电源 IC 内部框图 图 2-3 电源 IC 内部时序图
2. 开关电源在电焊机中的应用 2-3.1 开关电源 IC 对比表 IC 型号 Viper22A Viper27LN Viper27HN L6565 封装 DIP-8 SO-8 DIP-8 SO-16 DIP-8 S0-16 DIP-8 SO-8 工作模式反激反激反激准谐振 工作频率 60KHz( 定频 ) 60KHz( 抖频 ) 115KHz( 抖频 ) 变频 工作电压范围 9-38V 8.5-23.5V 8.5-23.5V 10.3-18V MOS 管内置内置内置外置 功率范围 ( 输入 220V+15%) 1-20W 1-20W 1-20W 1-100W 表 2-1 不同 IC 对比表
2. 开关电源在电焊机中的应用 2-4.1 Viper27 内部框图 图 2-4 Viper27 内部框图
2. 开关电源在电焊机中的应用 2-4.2 Viper27 内部结构图 NEW 800V Power MOSFET in SuperMESH Technology GND / SOURCE VDD CONT VIPER17 DRAIN DRAIN BR CONT FB VDD Out On-Off Gate CONTROL Sense Tmp1 Out On/Off Gate Sense Tmp1 DRAIN FB BR Gnd Gnd1 Gnd SOURCE NEW BCD6 controller technology 图 2-5 Viper27 内部结构图
2. 开关电源在电焊机中的应用 2-4.3 Viper27LN 宽输入电压 10W 原理图 图 2-6 10W 原理图
2. 开关电源在电焊机中的应用 2-5.1 L6565 内部框图 图 2-7 L6565 内部框图
2. 开关电源在电焊机中的应用 2-5.2 L6565 宽电压输入 40W 原理图 图 2-8 L6565 40W 原理图
2. 开关电源在电焊机中的应用 2-6.1 威雅利电子在开关电源应用中可提供的元器件 元器件 ST Toshiba Vishay Murata Rubycon Samxon MOSFET 电源 IC 电解电容 二极管 光耦 无极性电容 三端电压调整器 品牌 表 2-2
谢谢大家对威雅利电子的支持 THANK YOU!! July 2009