NCP1653 300W PFC 设计程序 原理图 STEP 1: 功率元件的选择最基本的器件包括 : 电感磁心, 滤波电容, 功率半导体 ( 整流桥,MOS 等 ) 等 在这个步骤没有详细的说明, 只是一些选择器件的基本要点 1. 电感的选择 选择电感的通常的方法是设定最小的纹波电流. 例如假定纹波电流为最大输入电流的 ±15% 输入最大电流 (Iin)max, 是在最小输入电压和最大功率的情况下, 所以 : Pout(max) 是最大输出功率 n: 效率 Vacll: 最小输入交流电压通常, 我们假定 92% 的效率, 输出功率 300W, 根据公式 (1) 计算得出最大电流 : 5.1A. 另一方面, 电感线圈中电流的正弦波的峰 --- 峰值, 是根据下面的公式计算 :
典型的这个值一般取最大输入电流 (Iin) 的 10%----50% 那么如果我们在最低输入电压情况下设定 ±15% 纹波的话, 那么电感的电感量 L 有下列等式给出 : 整理的 Vout: 输出电压 390VDC, F : 开关频率 100KHZ Vacll: 最低输入电压 90V, 得出电感得 L=557uH, 我们取 600uH, 相当于 (Iin)max±14% 纹波 最后, 如果忽略电感电流的开关噪声, 那么电感电流 RMS 得值等于交 流电流的 RMS. 电感线圈的最大 RMS 电流的值 电感的参数 : L=600uH I(coil)max = 5.8A I(coil)rms = 3.7A 2. 功率半导体器件包括 : 整流桥, 功率 MOS, 输出二极管 他们放置在同一散热器上 根据以下的原则来确定最小的消耗的功率 1. 一般国家的用电设备为输出功率的 6% ( 最低的效率设定为 92%) 2. 欧洲的用电设备为输出功率的为 3% 所有的损耗将最终转换成热, 通过下面的公式列表来计算转换成热的耗散功率 通过下面的公式来计算整流桥消耗的功率 Vf 是整流桥二极管得正向压降 MOS 管的消耗的功率,( 忽略纹波电流 )
输出二极管得消耗的功率 Iout*Vf Iout ==0.75A Vf==1V 消耗的功率 0 75W 在这个案例, 可以得到 Pbridge = 6.6 W, 正向压将 Vf=1V.. Pons= Rdson *9.5 Rdson =0.19Ω, Pons =4W Pdiode = 0.75W MOS 和输出二极管得开关损耗主要依赖于器件的选择,MOS 得驱动速度和一些缓冲网络的存在 当然还有一些其它的没有列出来 3. 输出大电容的选择 选择输出大容量电容得标准是根据最大电压纹波, 除非有其他得特殊要求 ( 如保持时间等 ) 根据这个标准需要 : 得出 Vpk pk)max: 最大允许的电压纹波峰峰值 ω: 在这个设计里, 允许电压纹波 ±3.5%((Vpk pk)max =7%*Vout) 计算 取 Cbulk=100uf 保持时间的要求 : 如果保持时间是必须要求的, 那么根据下式计算 : VOUT1: 正常的输出电压 390VDC VOUT2: 可以接受的最低工作电压 300VDC 到达 VOUT2 所需要保持的时间 Thold=10ms 得出 Cbulk>96.6uf 如果要符合这个要求, 取 100uf/450V 仍是一个恰当的选择, 但是, 这个计算结果是基于平均电压 VOUT1 得基础上得到的, 这各 VOUT1 电压没有考虑 100HZ 或 120HZ 所以选择 150UF/450V 是一个折衷的选择 输出电容的发热
略 Step 2: 反馈管理原理图得知, 反馈包括以下几个 : 一个滤波电容用来阻止开关噪声被 PIN1 脚检测到 1NF 得电容通常被使用来实现这个功能 Cfb1. 在输出电压末端和 pin1 之间通过一个电阻连接, 这个线路提供一个与输出电压 vout 成比例的反馈电流 实际上, 为了安全考虑, 通常是 2-3 个电阻串联 ( 见图 1, 输出电压是个比较高的, 这就是反馈电阻得一个意外的不足之处, 可能会破坏芯片 所以这就为什么采取几个电阻串联来代替一个电阻 ) 电容 C2(PIN2) 与内部 300K 电阻调整带宽,C2 的选择 100NF 可以有效的抑制 100,120HZ 得纹波 如果 (Rfb= Rfb 1+Rfb2+ Rfb3), 那么输出电压 Vpin1: pin1 电压 =2V Rfb: Iref : 内部参考电流 200Ua 调节输出电压等于 390vdc,Rfb 必须满足下面的条件 得到一个与 1.94mΩ 相近的, 通过以下的分离电阻 :Rfb1 = Rfb2 = 680 k_,rfb3=560k,rfb=1.92mω. 对应的输出电压 386vdc, 这是可以接受的, 最后 Step 3: Input Voltage Sensing NCP1653 监控输入电压 (Vac 交流电压整流以后的 ) 实际上,pin3 被设计成来接受与输入电压 vac 的平均值成比例的一个电流值 这个电流信息主要是用来过功率保护, 对于保护需要适当的调整, 当输入电压最低的时候, 感应到得输入电流必须在 15uA 以下 也就是说, 输入电压感应线路必须这样设计 (Ipin3 = 15 ua), 当输入电压 =Vacll. 所以, 输入电压 vin 感应管理应包括以下几个环节 : 一个就是一个滤波电容 Cin1 被放在 pin3 和 gnd 之间, 用来防止外界环境的干扰 大约取值 1nf. Rin1 和 Rin2 用来调节 pin3 的电流 Cin2 与 Rin2 组成低通滤波器, 可以有效的滤除交流纹波 50ms 的时间常数可以使 pin3 脚的电流保持恒定, 同时这个
电流与输入电压成一定的比例 VIN: 输入电压平均电压 VPIN3: 4V VIN 是被整流后的正弦波, 那么这个感应网络必须被设计成这样,(Ipin3=15uA) 当 Vin =Vacll. 所以 : Vacll=90V SO: Rin1 +Rin2==5.13MΩ 让我们选择 : Rin1=4.7MΩ Rin=470kΩ NOTE: RIN2 时小于 RIN1. 在这个案例中 : RIN1/RIN2=10. 所以电容 CIN2 的耐压取 50V,63V. 最后 : Step 4: Current Sense Network 电流监测电路包括以下 : 电流监测电阻 电阻 Rcs1 是用来限制电流 电阻 Rcs2 是用来调节 PFC 的功率容量 Ccs2. pin3 接收到一个与电感电流成比例的电
流 Ccs2 必须滤除电感电流的纹波, 使得 Ipin3 的输入电流是与输入电流成比例的电流的真实值 ( 不包含纹波电流 ) _ Rsense: 你可以自由的选择 Rsense 的值 实际上, 功耗是确定阻值的一 个主要因素 如果忽略纹波电流, 最大的电阻功耗有下列公式给出 : 一般的原则, 选择阻值不超过最大输出功率的 0.5%. 根据这个原 则 : 在这个应用中, 有公式得出 :Rsense <=114mΩ 所以, 取 Rsense =0.1Ω,(pRsense)=1.4W. _ Rcs1 根据限制电流来确定 Rcs1: (Icoil)max: 电感最大电流 Iref: 内部参考电流源 200uA 在 STEP1 中,(Icoil)max=5.8A, Rsense=0.1Ω, 那么 Rcs1: (0.1Ω*5.8A)/200uA =2.9KΩ _ Rcs12 and Ccs2
Rcs2 是用来调节固定输出电压的 PFC 的功率等级, 如果 Rcs2 选择的适当, 可以使电路工作模式为 Follower Boost (3) 根据下 面的公式来计算 Rcs2: --Rin: Rin= Rin1+ Rin2 --Iref: 200ua --Vref:==2.5V --Vacll: 90V --Poutmax : 300W -- n: 效率 0.92 -- Voutll :390V 在满负载的情况下 在传统的模式里,Voutll 可以调节的 (390V 是比较通用的取值 ) 在 Follower Boost 模式下, 你可以选择一个较低的电压值 我们的方案里是一种通用的取值 ( 固定电压 ), 所以 : Voutll=390V, 那么 Rcs2: 取常用的值 56K. 为了正确有效的滤除 PIN3 脚电压的开关纹波, 时间常数要设 置为 50us 这个时间常数要保证能将开关纹波滤掉, 同时有小到不会
误导低频器件 所以,Ccs2 =50 us/rcs2 = 893pf. 让我们取 Ccs2=1nf. 最后 : NOTE 3:. 摘要 :
原理图 :