内容发布更新时间 : 2024/6/3 21:09:35星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

PFC电感计算

通常Boost功率电路的PFC有三种工作模式：连续、临界连续和断续模式。控制方式是输入电流跟踪输入电压。连续模式有峰值电流控制，平均电流控制和滞环控制等。

连续模式的基本关系： 1. 确定输出电压Uo

输入电网电压一般都有一定的变化范围（Uin±Δ%），为了输入电流很好地跟踪输入电压，Boost级的输出电压应当高于输入最高电压的峰值，但因为功率耐压由输出电压决定，输出电压一般是输入最高峰值电压的1.05~1.1倍。例如，输入电压220V，50Hz交流电，变化范围是额定值的20%(Δ=20)，最高峰值电压是220×1.2×1.414=373.45V。输出电压可以选择390~410V。

2. 决定最大输入电流

电感应当在最大电流时避免饱和。最大交流输入电流发生在输入电压最低，同时输出功率最大时

Iimax?PoUimin? (1)

其中：Po?UoIo；Uimin?Uin(100??)% －最低输入电压；η－Boost级效率，通常在95%以上。

3. 决定工作频率

由功率器件，效率和功率等级等因素决定。例如输出功率1.5kW，功率管为MOSFET，开关频率70~100kHz。

4. 决定最低输入电压峰值时最大占空度

因为连续模式Boost变换器输出Uo与输入Uin关系为Uo?Ui/(1?D)，所以 Dpmax?Uo?2Uimim (2)

Uo从上式可见，如果Uo选取较低，在最高输入电压峰值时对应的占空度非常小，由于功率开关的开关时间限制（否则降低开关频率），可能输入电流不能跟踪输入电压，造成输入电流的THD加大。 5. 求需要的电感量

为保证电流连续，Boost电感应当大于

L?2UiminDpmax?If (3)

其中：?I?2k2Iimax,k=0.15~0.2。 6. 利用AP法选择磁芯尺寸

根据电磁感应定律，磁芯有效截面积

Ae?2UiminDpmax2UiminTonmax (4) ?N?BfN?B如果电感是线性的，有

?I?B??2k (5a) B2Iimax因为Boost电感直流分量很大，磁芯损耗小于铜损耗，饱和磁通密度限制最大值。为保证在

最大输入电流时磁芯不饱和，应当有 B?磁芯窗口面积

?B?B?1?k??Bs(100) (5b) 2?Aw?因此，面积乘积

IimaxN jkwAP?AeAw?2UiminDpmaxIimaxN2UiminIimaxDpmax (6) ??fN?Bjkw2kkwjfB其中kw=0.3~0.5窗口填充系数，也称为窗口利用系数。B

输出功率在1kW以上，一般采用气隙磁芯。因环形磁粉芯价格高，且加工困难，成本高。但是气隙磁芯在气隙附近边缘磁通穿过线圈，造成附加损耗，这在工艺上应当注意的。 7. 计算匝数

N?L?I (7) ?BAe8. 计算导线尺寸（略）

临界连续Boost电感设计 1. 临界连续特征

Boost功率开关零电流导通，电感电流线性上升。当峰值电流达到跟踪的参考电流（正弦波）时开关关断，电感电流线性下降。当电感电流下降到零时，开关再次导通。如果完全跟踪正弦波，根据电磁感应定律有

即

Ui?L或

2Uisin?t?L2Iisin?t

TonIi (8) TonTon?LIiPP?Li2?L?o2 (9) UiUiUi其中：Ui、Ii为输入电压和电流有效值。在一定输入电压和输入功率时，Ton是常数。当输出

功率和电感一定时，导通时间Ton与输入电压Ui的平方成反比。 2. 确定输出电压

电感的导通伏秒应当等于截止时伏秒： UipTon?(Uo?Uip)ToF 则

ToF?开关周期为

UipUo?UipTon (10)

T?Tof?Ton???Uip?UoTon (11) ?1?Ton?Ton??U?U?Uo?Uip1?UipUoip?o?可见，输出电压Uo一定大于输入电压Uip，如果输出电压接近输入电压，在输入电压峰值附

近截止时间远大于导通时间，开关周期很长，即频率很低。

如果首先决定最低输入电压（Uimin）对应的导通时间为TonL，最高输入电压(Uimax)的导通时间为

?Uimax Tonh?TonL??U?imin??? (12) ?2根据式（11）和（12）可以得到开关周期（频率）与不同电压比的关系。

例如，假定导通时间为10μs，1.414Uimin/ Uo=0.65，如果输入电压在±20%范围变化，最低输入电压为220×0.8，输出电压为Uo =1.414×220×0.8/0.65＝383V。周期为10/0.35=28.57μs，频率为35kHz。在15°时，周期为12μs,相当于开关频率为83kHz。在最高输入电压时，由式（12）得到最高电压导通时间Tonh＝(0.8/1.2)2×TonL＝4.444μs，在峰值时的开关周期为T＝Tonh/(1-1.414×1.2×220/383)＝176μs，相当于开关频率为5.66kHz。

如果我们。输出电压提高到410V，最低输入电压时开关周期为25.45μs，开关频率为39.3kHz。15°时为11.864μs,开关周期为84.5kHz。输入最高电压峰值时，周期为49.2μs,开关频率为20.3kHz。频率变化范围大为减少。即使在输入电压过零处，截止时间趋近零，开关频率约为100kHz。最高频率约为最低频率只有5倍。而在383V输出电压时，却为18倍。

通过以上计算可以看到，提高输出电压，开关频率变化范围小，有利于输出滤波。但是功率管和整流二极管要更高的电压定额，导通损耗和开关损耗增加。因此，220V±20%交流输入，一般选择输出电压为410V左右。110V±20%交流输入，输出电压选择210V。 3. 最大峰值电流

最大输入电流

Iimax?PoUimin?

电感中最大峰值电流是峰值电流的1倍 Ipmax?22Iimax?22P0 （13）

Uimi?n4. 决定电感量

为避免音频噪声，在输入电压范围内，开关频率应在20kHz以上。从以上分析可知，在最高输入电压峰值时，开关频率最低。故假定在最高输入电压峰值的开关周期为50μs.