PFC电源设计与电感设计计算学习笔记

PFC电源设计与电感设计计算

更新于2018-11-30

课程概览

• 常见PFC电路和特点1
• 常见PFC电路和特点1
• CRM PFC电路设计计算
• CCM PFC电路设计计算
• CCM Interleave PFC电感纹波电流计算
• DCM.CRM Interleave PFC电感纹波电流计算
• 高性价比大功率CRM Interleave PFC设计实例
• PFC 电感电气性能指标的定义及电路中的作用
• PFC 设计的电磁兼容问题与对策
• 耦合式Interleave PFC技术

常见PFC电路和特点1

各位电源工程师朋友们 大家好 我是邵革良 从这一讲开始 我们开始讲解 PFC 电源设计与电感的设计计算里面的第一部分 第一个讲解 就是常见的 PFC 电路以及它的特点 我们这个 PFC 电路和特点 我们分两讲来讲 今天是讲第一讲这一讲的主要内容是四个方面 第一个就是我会介绍一下 连续电流模型和临界电流模型 它的特点和区别 那么第二个呢 再去介绍我们单路的 PFC 和交错并联 PFC 那么紧接着就是无桥 PFC 我们为了提高 PFC 的电源效率 所以一定要把前面这一个整流桥去掉 整流二极管的压降很高 所以这一个部分把它去掉之后呢 来改善我们 PFC 的运行的效率 所以无桥 PFC 我们会使用得越来越广泛 最后呢 会介绍一下单路单相的 PFC 和三相 PFC 主要是这四个方面 那么讲到 PFC 电路呢 其实我们有个概念 非常希望大家去了解或者是理解 我们很多电源工程师 一上来就说 PFC 电路上 讲到 PFC 马上就会说 它主要是一个升压 把这个电压稳定住 达到比如输出单相输入的时候 达到一个 380V 或者 400V 左右的直流 然后给后面供电 所以我们想到 PFC 的时候 往往脑袋里有这么一个印象 其实这就有一点 忘掉了 PFC 这个电路是为什么出来的 为什么要用 我们讲到电源 其实供电都是交流电就是交流的电源供电 我们有一个整流电路 最后变成一个直流了 最后我们给负载供电 无论是 DC/DC 后面的 DC/DC 逆变 或者说我们把 DC/AC 变成了交流电输出 像这个给电机驱动 压缩机驱动 或者是给其他的一些变成一个 UPS 交流的输出 不管怎么变 我们都是需要把这个交流电 50Hz 的交流电 把它整流变成直流 最终利用了这个直流 来进行各种各样的高频的变换 所以为什么要引入 PFC 不要行不行 其实从我们在后面这个电路里面 在负载使用的时候我们要的是一个直流电 但是我们电网进来的肯定是 50Hz 或 60Hz 的交流电 所以一定要把交流电整流变成直流 那其实不要 PFC 一样好用 而且电磁兼容的问题还简单了 就是直接把它整流滤波就好了 问题就是什么呢 就是我们整流这个整流滤波之后 比如说我这个整流直接接了一个电解电容 比如说我这个整流直接接了一个电解电容

• 连续电流模型 (CCM) 和临界电流模型 (CRM)
• 单路的 PFC (Single Boost)和交错并联 PFC (Interleave PFC)
• 无桥 PFC (Bridgeless PFC)
• 单相的 PFC (Single Phase)和三相 PFC(Three Phase)

在这滤波 那么大家可以看到我们这个波形 这一个正弦波波形是我们输入的电源电压 就正弦波的电压 这个黑的颜色实际上是我们这个电容器的电压波形 就是有点带点纹波的直流 已经变成直流了 这个时候我们看输入的 iAC iAC 的波形你会发现 它实际上是一个锯齿波一样的东西 为什么是这样呢 就是说在我们输入的电源电压的时候 低于输出 Vc 这个电压 它实际上是没有电流往里面流的 没有电流往里面流的这个电流是零 等到这个电压开始超越后面电压的时候 通过这个二极管 强制就相当于为零的时候 就相当于强制短路了 就是直接给电容器大电流的灌封 所以电流瞬间就提升到很高 那么直接就灌进去了 灌进去之后随着电压继续往上涨 这个电容充电电压往上拉的时候 电流就会往下降了 那么达到最高电压点的时候 正弦波最高电压点等于充电充满了 那么下来就掉下来就没有电流了 所以必然会形成一个类似这样的三角形的 锯齿波这样的东西 形成这样的电路呢 其实对我们的后期来讲是根本不在乎的 问题在于什么呢 如果我们形成这样的一个波形 不是电流波形 不是一个正弦波 按照我们高等数学里面学过 傅里叶变换 也就是说任何一个周期性的函数 我们都可以把它分解成由一次 有基波 就是一次的 我们说的这个一次就是 50Hz 如果整流之后把它翻上去就是 100Hz 就是说有 100Hz 还有若干个无限多次的 高次谐波的一个组合 也就是说如果两次 100Hz 就变成了 200Hz 了 三次就变成了 300Hz 了 那也就是说它任何一个这样的函数 周期性的函数都可以被 分解成 一次的两次的三次四次一直到 N 次 由这样的波形的组合 最后的组合之后 就变成了我们出来这种稀奇古怪的 这种电流波形 但是当然了 周期性函数是理想的周期性函数 它是没有这个 二次四次这个偶次谐波 就是说是单次谐波 就是一三五七九这样 那么不管有单次还是偶次 也就是它总是它不是 100Hz 的 也就是从电网来看并不是 50Hz 的 不是 50Hz 的有什么问题 电流一定要从电网里面来拉进来对不对 就是我们假设电源这个地方 我们的电源插座 外面接到哪去了 接到我们的三相工频变压器上去 那么也就是说 100Hz 也好 200Hz 300Hz 甚至几千赫兹 这个电流一定要从电源拉进来 但是变压器只是 50Hz 的 也就是说这一部分的电流 必须从变压器拉过来 或者是变压器旁边的电力电解电容里面往外放 所以它问题就出在这个地方 就是这就是高次谐波 而这些高次谐波最终都会形成变压器的发热 和电力电容器的发热 如果变压器能承受得了 电容器又不进行滤波 电容器又不进行滤波 那么都返回到最终的发电机里面去了 都会烧毁 变压器也会烧毁 发电机也会烧毁 所以引起电网的解列 就是电网瘫痪 为了解决这个问题 实际上我们希望 希望我们交流输入的时候 最好是直接接一个电阻负载 也就是说交流电 交流电的这个正弦波波形的 电流波形也是正弦波的 不光是电压 电压和电流是完全是同步的 完全是实时同步的 就不会又滞后 不会有超前 那么如果是能达到这样的话 这样对电网的影响最小 为了解决这个问题 所以说我们国际上就有一个这个 IEC61000-3-2 的高次谐波的标准 就是防止对电网造成这个重大的事故来定义的 那么讲到这儿大家都清楚了 也就是说我们不管是 DC/DC 还是 DC/AC 我们这种的应用 我们供电都是交流电 正弦波进来的 所以既然是正弦波过来 后面我们一定有一个电容器的大电解 或者是大容量的电容器去滤波 那么必然如果不进行这个电流波形的处理 它必然会形成一些 不同于正弦波的各种各样奇怪的波形 这些波形就会产生高次谐波 而这些高次谐波只要送到电网里面去 就会对电网里面的电力变压器 电力电容等等会造成伤害 甚至严重的时候会烧毁 那么 为了解决这个问题 所以说我们要求从电网进来的时候 要求是我们所有的用电负荷 必须是尽可能地做到呈电阻负载 因为电阻负载就不存在这个问题 所以从这个意义上来讲 PFC 有什么目的 PFC 实际上最终的一个目的 就是抑制高次谐波 这个主要是指电流谐波的 就是不能让它出现两次的三次的四次的五次的 一直到 N 次的 那只保留一个基波就是一次的 50Hz 或者 100Hz 的 那么这种情况 这是我们做 PFC 电路的一个最重要的目的 所以我们千万不要把这个目的忘掉了 我们大部分的工程师一上来就是下面这个目的 输出稳压调压 我们因为这个电路 刚才看到的这个电路实际上输出电压是 比如 380 也好 400V 直流也好 就是用它来稳压或者调节电压的 其实我们电源工程师时常呢就把 真正重要的高次谐波的抑制的根源 为什么这样就把它忘掉了 很重要的 只盯着一个 稳压和升压这种功能 那么这个就是我们一定要重视的问题所在 重视了这个问题所在 所以说其实我们的目的很明确 就是要不要让它出现这种高次谐波 让它来符合我们 IEC 的标准 来支持 PFC 电路的 为什么设计它的 最重要的目的 那么一旦离开了这个条件 所以我们就不要去谈 PFC 了 比如说我们很多 DC/DC 的电路里面 它也要有个 Boost 升压 它输入的是电池或者太阳能电池板 包括光伏逆变器 它有一个 Boost 升压 那么后面把它逆变成交流 返回到电网去 所以这里面就不存在 PFC 的说法 所以我们叫 Boost 电路 就是升压电路 当然它也有个高次谐波的抑制 它在哪里呢 它比如说这个地方不是接电机 是接到电网里面去了 所以它并网 那如果我们逆变器产生的波形 电流波形畸变 如果灌到电网里面去 也同样会产生同样的问题 所以也必须满足 IEC61000-3-2 这种标准 那这就是我们 刚才讲的问题所在 所以我们理解了这一点 所以什么时候我们叫 PFC 什么时候叫 Boost 升压 为什么这么叫 这个大家就非常好理解了 就非常清晰了 所以这一点我特地把这个内容讲得多一点 就是我们千万不要忘记了我们做事情的目的和本源

• 整流后利用直流进行高频变化，整流必然存在电容，因电容存在，整流输入的电压为正弦波，整流输出的电压为带纹波的直流，整流输入的电流为锯齿波。电流为锯齿波经傅里叶分解存在高次谐波会造成变压器发热，电力电子器件发热。
• 期望AC-DC变换后的电流、电压波形完全同步
• PFC电路的目的就是抑制高次谐波

常见PFC电路和特点2：CCM&CRM

OK 我们再来看这幅画面 这个画面呢我们是要对这个 CCM 和 CRM 进行比较 那么这个我们首先看到 左边这个图是吧 这个波形图我们叫连续电流控制模式 就是导通模式 那么右边呢是临界的导通模式 我们 PFC 电路里面呢 其实基本上都是这两种模式 那么这两种模式呢 实际上它的控制的原理是完全不同的 我们先看左边这个图 底下呢是一个示意图 并不是真的是这样的 这底下这个表是代表一个驱动波形 那么实际上我们关注的并不是这个波形 而是这个电流波形 也就是说我们工作的时候呢 从低的电压就是正弦波进来 电压就一直往上上升 这个蓝颜色表示电压的正弦波电压 那么这个锯齿波是表示我们电感里面 就是这个电感里面跑的电流波形 所以他基本上控制原理是这样 就是说在控制一定的这个纹波的幅值 不是很大的情况下 然后呢也沿着这个正弦波的规律 就是把它的有效值或者平均值做出来之后 那么相当于这个平均值或者有效值呢 就是跟我们电压的波形完全一样同步的跟踪的 那这种原理从这个图上来看呢 为什么叫连续的呢 就是说你看这个电流掉下来的时候 他不会为零是吧 都是直流上面加一个纹波 那么这种情况我们叫连续 那么临界的呢就是右边这个图 基本上电感的电流波形就是像这个爬升起来 基本上电感的电流波形就是像这个爬升起来 然后呢关闭了掉下来 所以说呢掉呢一定要掉到底掉到零的时候 就调到零的时候呢 然后他马上又开始下一个脉冲 就是开通了那么始终处于 这种刚好一到零就回来这种模式呢 一直处于这种模式 那这个模式当然就是临界了 就是处于连续和不连续的临界点上 那么当这个 PFC 始终工作在这种状态 我们叫连续电流模型控制 那么这两种呢是有本质的区别的 本质区别是什么呢 左边的呢我们往往是做一个固定频率的控制 右边的呢是变频控制的 也就是说因为它电感量我们如果固定不变 那么电压在变的时候呢 是爬升的这个电流在变 包括时间在变 那么让它一定要掉到底的时候 实际上掉到底的这个时间也在变 所以说呢随着我们不同的输入输出电压的时候 那么这个频率是一直在变 就是一个正弦波的半波里面 实际上每一个时刻那个脉冲都是宽度是不一样的 就是这个周期都不一样 那么让他始终处于这种状态 那么永远处于这种状态 我们叫 CRM 这种状态就是临界模式 那固定频率呢就跟这个这个地方写了 是 CCM+DCM 或者 CRM+DCM 那么或者它都合在一起都有 什么意思呢像这个 我们这个电流大的时候它是连续的 那么这个地方电流小的时候它会掉到地的 掉到地的话刚掉到地呢是属于这种状态 那么再下去的话它就是不连续了 所以说固定频率它存在这个 连续模式和临界模式和 DCM 这种状态 那么 CRM 呢严格的意义上来讲 就是纯粹的这个临界模式 当然有时候我们也会有一些个别的情况下 就是说频率把它并没有跟踪那么快 那么底下呢就会有一段不连续的区域 所以这种情况呢会混合成 CRM+DCM 就是这两种不同的控制方式 那么我一会会讲 讲到这个计算的时候会去讲 这个两个控制的不一样 那么为什么他能做我们 PFC 或者是高次谐波的这个控制 那么刚才讲到这个 PFC 的问题呢 其实我们叫习惯了就是功率因素修正 Power Factor Correct 那么其实呢我们讲的是功率因数修正 这个呢是我的理解是有点不一样的 因为功率因数我们讲 PF 为一对吧 或者是接近于为一 PF 大那高次谐波是不是一定是小呢 那总的高次谐波肯定是小 但是呢对于某一个次数的高次谐波 它不一定是小 所以说我们真正的控制 我们叫是叫 PFC 这种说法 实际上我真正的目的 还是前面讲的要把高次谐波控制到手 每一个高次谐波所控制到我们 能满足 IEC61000-3-2 这个标准的要求 所以这一点大家注意一下 那么特点是这么个特点 所以说我们讲它的影响影响是什么呢 比如说我们做这个 CCM+DCM 这种模式 或者是我们就叫 CCM 这种模式 那么它 PFC 电感就在这个地方 他工作的时候呢 它的纹波呢是在一定的小的范围之内 并不是所有的都是纹波 那么对于 CRM 呢就是所有的都是纹波 所以说对电感这个设计的时候或者选取的时候 你就会发现 在这种情况下要控制我们 当然要控制纹波的含量 那么一个很大的电流情况下 这个电流变化率变化的这个峰峰值很小 那就是什么是我们这个电感量 一定要选得比较大 所以说我们做连续模型 CCM 的时候呢 你用的电感量实际上都是要比较大的 要不然这个纹波就显得非常的大 那么在这种情况下呢 其实还有一个快恢复二极管的问题 快速二极管问题是什么 就在这个地方二极管 那么为什么讲是快恢复二极管呢 其实我们从这个波形可以看到 当它导通的时候 就是这个管子导通的时候 实际上是我们把这个电压 强行的加在了这个 PFC 在电感上 那么这地方是对地短路的 那么加上去之后呢 它在那一瞬间就是从某一个电流的 小的电流值开始电流往上爬 爬到最高的时候呢 我们认为这个对电感里面储能够了 所以说就把这个管子关闭 关闭的那一瞬间 其实它的电流是达到这个三角波的顶点 就是这三角波顶点达到顶点的时候呢 突然关闭了 关闭了我们电感里面是有电流在跑的 所以电感的电流我们知道是它是连续的 它不会跳变对不对 那连续的就意味着什么呢 它一定要往外流 那既然这边流不过去 它会强行往这边流 往二极管往这边流 所以说呢这个时候二极管被强制导通 哪怕是外面的电压比这边的高 就是说我们关闭的时候是零嘛 这电压然后那一瞬间可能会升上来 那最终是要想导通 导通是什么意思呢 就是 Vf 为零 理想的时候 Vf 为零 也就是这边电压等于这边电压等于输出电压 所以说呢就是关闭那一瞬间 这个电感的这一头的电压 会瞬间由于它续流的作用 瞬间把电压抬起来 抬到了跟这边输出电压一样 所以说这是它的一个工作过程 那么一直这个电压 输入电压肯定是比输出电压低了这种情况下 那么它一直给她往这边流电流 实际上是给电容充电或者往负载放电 然后放到一定程度呢 因为电压实际上 是加在这个电感两端电压等于这边高 右边的高左边低那么这个时候呢 这个电感呢实际上加了一个反电压加在上面 所以说电流呢虽然是往一直往右边流 它实际上是逐步在下降 反过来电压 是一直在下降 那降到一定程度 比如说在这个地方 降到这个地方 认为这个能量放的差不多了 所以这个时候呢要把这个管子再次打通 大家注意这个问题 那么她刚才是二极管 一直往这边电流续流是吧 虽然电流很小但是它不是零了在这个地方嘛 不是零也就意味着电流很小 还是往这流的 往这流的过程中 这个 Vf 当然是通的是吧 那么一瞬间这个管子直接对地短路了 那这样一短路出现什么问题 这个电压马上掉零了对不对 那这个还是 400V 是吧 也就是二极管马上来一个反压 但是在反压之前 其实二极管是正向流的 它会需要形成一个反向的电流 就是很大的一个电流反过来流 才能形成这种绝缘层的 所以说那一瞬间呢快恢复的效应 就是一下子就把它恢复了 恢复到这个隔离这种状态 就是两个不导电的状态 那么否则的话电流就会往下灌 所以说它通过一个很大的电流 往这边流的时候呢 那么形成了这个很高的一个绝缘 那么二极管就截止了那这个过程呢 是瞬间大电流往外灌的这个过程呢 是对我们整个的工作非常不利 它会形成什么 形成 EMI 的问题 就是瞬间的 dI/dt 非常大 当然呢这个管子的发热也非常大 所以说我们要用比较好的快恢复的二极管 来做这个地方 所以说这个是我们连续电流模型的 一个非常重要的特点 那么如果说我们临界的那就不存在这问题 为什么呢临界的电流 我刚才讲了一定要到零 也就是说电感的电流往下降 降到了零什么意思 就是这个 Vf 没有电流往上流了 没有电流流的时候那它就是半导体 没导通是不是 那么这个时候呢 底下他实际上没有这个 那个大量的这个电子的 那么也就是说它降到零的时候 这两端是没有电压的 没有电压那么也就是说 没有大电流往下流的时候 实际上它就不会积累了很多的电荷在地方 那么它这地方它自然是截止状态 就是这个二极管是个截止状态 所以截止状态的时候 这边对地短路反过来加高压 实际上这个部分呢 反过来反抽的电流就非常的小 所以它就结果呢导致 这个二极管的快恢复的要求并不高 而且没有很大的 dI/dt 的时候呢 EMI 也会好 二极管的损耗也比较小 所以这是临界模式或者不连续模式的优点 所以这个呢非常重要 这一点啊是希望大家能理解 如果不理解的话 我们去看一下二极管的这个基本的原理 那有的工程师会讲 我现在我用的是碳化硅二极管 不是你讲的那个少数载流子 我是多数载流子 不存在这种效应问题 就是没有快恢复效应 那么是不是会就会非常棒呢 就会解决这个问题呢 其实呢是当然会好一些 但是这个问题依然存在 为什么这么讲呢 其实我们就算是没有 SiC 碳化硅 就是没有这快恢复效应 其实呢这个二极管它是一个结电容 在这的 蛮大的一个结电容 有的是几十皮甚至上百皮的那个电容 相当于并在这两端 那并在这两端你要知道 如果我把这个电容实际上是 导通的时候为零 那么这个一短路的时候 等于瞬间给它这个电容充电 所以反过来从这个输出电压 给它这个二极管的电容充电的时候呢 那么实际上对地短路 那么实际上对地短路 这个反过来充电电流也非常厉害 那么虽然二极管这时候形成的损耗并不大 没有快恢复的那个过程 所以损耗并不大 但是它依然会存在很大的 EMI 的问题 就是说很高 dI/dt 的变化 所以在这个回路里面会产生高频的震荡 所以这是即便用碳化硅它能改善 但是也不可能是消除这种影响 所以这是连续模式一个非常不好的一个特点

• CCM:固定频率控制，需要好的快恢复二极管减小EMI问题，二极管损耗引起发热；CRM:变频控制，对快恢复要求不高，二极管的损耗较小。
• 二极管瞬间承受反压，瞬间会有反向大电流往回灌，快恢复二极管可以在形成方向电流时快速形成绝缘层避免电流回灌，正向导通时快速恢复导通，普通二极管相对形成绝缘层慢，反向恢复也慢？？
• EMI问题，瞬间反向大电流回灌，很高的dI/dt 的变化，损耗大，发热大，回路里产生高频振荡。

那么临界模式呢这个问题就会好得很多 所以说这个大家要注意 那么开关的器件呢我们往往选择 场效应管 或者 IGBT 对吧 那么什么时候选场效应管什么时候选 IGBT 其实这是跟我们电路的设计有关系 那么如果选 MOSFET 那就意味着我们 可以把开关频率开的很高 也就是说你如果需要很高频率的时候 那么你用场效应管来工作 如果想 IGBT 呢一般到目前为止 IGBT 呢基本上是工在 40K 以内的 超过 40k 那个 IGBT 要非常快非常好的管子 所以说也就是说你用 IGBT 设计 可能这地方电流可以用得很大 但是呢你的频率会降下来 用场效应管呢电流可能不一定很大 但是频率可以设计的开关得很做得很高 当然频率越高呢 实际上这个电感量就会变小是吧 因为这个纹波控制的 一样的纹波的情况下频率高了 当然它这个电感量小了 也能控制到这个很小的纹波 是吧 这个是跟我们这个你所选择的这个器件 和你所选的应用有关系 那么你选择你合适的方式 所以说这个就会相应的对应过来 所以有些时候我们在选择这个电感量的时候 往往并不是为了电感量而去选管子 而是说我们基本上用什么概念呢 我用高频的方式来工作 还是用比较低频率的工作对吧 我是小电流的还是大电流的 看到我的整个的性价比在哪个地方比较好 那么回过头来我们来确定这个电感量 实际上是这么样 那么后面呢我们的计算也是从这个角度来做的 所以说这个是它也就是不同的工作模式 对我们这些几个管子的要求和影响 当然呢用了场管呢 我们有一点实际上非常好 就是关闭可以来得非常的快是吧 关闭的时候因为关闭往往一般 像这种情况都是硬开关 电流特别大的时候突然把它关死了嘛对不对 所以是硬开关 那么 IGBT 呢就有个坏的一点 就是关闭的时候它有拖尾效应 就是它一下子关不死后面还拖了个尾巴 就是有点电流一直在那流着 那这个时候呢它损耗 关闭的损耗就比较大 所以适用 IGBT 为什么频率开不了特别高 是这个原因 在设计使用 IGBT 的时候 往往选择 20k 或者 40k 以内的 那么有些大功率特别大功率的 甚至是只有工作在十几 K 或者几 K 当然有的大 IGBT 模块频率就不会很高所以我们一定要了解这种大概这种器件的特点 那么最终的取舍 我们设计电路的时候取舍呢 实际上是看我们一个是元器件的损耗 还有一个看 EMI 的影响 那么当然还有它的成本和应用的局限 因为有些功率我觉得特别大的 你就不可能场效应管并了一大堆是吧 场效应管显然在同样的电压和电流的情况下 场效应管肯定贵肯定比 IGBT 较贵的多 所以说这个是完全是因我们的应用这从这几个角度然后来综合权衡 我们这个电路到底采用 CCM 还是 CRM 当然你要采用 CRM 还有一个情况必须要注意的 因为采用 CRM 所以它纹波电流就特别的大 所以你只选了电感的时候 因为采用 CRM 所以它纹波电流就特别的大 这个电感必须要能够承受 很大纹波电流的时候损耗不是很大对不对 因为采用 CRM 所以它纹波电流就特别的大 那么同时呢也就是说纹波电流特别大 那么同时呢也就是说纹波电流特别大 这个峰值电流 器件的峰值电流就会比较高 所以说这有一些缺点 那么当然这些纹波可能都通过电感 反馈到这个电源的回路里面去了 那么这就形成了我们 EMI 的干扰 实际上就是一个差模干扰 对不对 所以说往往在做大功率的时候 即便是用这个临界模式 我们往往不会用单路的临界模式 单路的纹波全部从电网里面拉进来 这个我们前面的滤波器就很复杂了 所以说这里头呢往往会成交错并联 那么后面我们有这样的实例

• 场效应管：高频、小电流；硬开关，不存在拖尾效应
• IGBT：低频（<40kHz）、大电流，存在拖尾效应，尾巴电流引起开关损耗，所以IGBT开关频率不能特别高。
• 开关频率越高，纹波控制频率越高，需要电感量越小
• CRM模式往往不会用单路CRM，而选交错CRM，因为CRM本身纹波大

常见PFC电路和特点3：单相PFC&交错PFC

下面我们再看这个 就是说单路的 PFC 和交错并联 刚才讲到交错并联总讲到交错并联 其实我们从这个波形能看到 这是一个比较特殊的一个现象 就是说我们把这个单路的 PFC 我把这一部分再拷贝一部分过来 就变成两路 对不对 就是两个 PFC 电感对吧 两个这个开关管两个二极管对吧那么这种情况下呢之后呢 我假设它上面是绿颜色的电流 底下是红颜色的电流 那么交错并联了 那么我把他两路并联的时候 我选 180 度相位 就是说从这个地方到这是一个周期 然后它一半的地方呢是从这儿开始 那么到这是一个周期 就是刚好一半的周期的时候呢 进入下一个通道的开通 所以这种方式呢 180 交错并联 然后呢它这是一个状态 就是说我们两个电感电流波形呢是这样的 就是纹波比较大 然后把它合成 合成是什么意思 就是从输入的部分来看 或者从输出对这个电解电容来看 那么它只是在这个等于并在一起了 两个电流加在一起 或者这地方并在一起两个电流加在一起 加在一起的时候会发现就是黑颜色的 也就是纹波就会大幅度减小 这是一个特点 然后它纹波这两个电感量加起来之后 电流是上去了 纹波大幅度减小 那这一下子就我们非常希望 实际上看单路的纹波大就意味着什么 单路的电感量小是不是 那么虽然两个单路电感量非常小 合成了之后呢其实纹波还是很小的 那么也就是说可以来替代这个单路的大电感 来做这个纹波很小的这种情况 那么这样的话呢 实际上这个电路呢在大功率应用的时候 这个电感两个电感加起来 肯定比这一个电感要便宜的多 体积要小 那么缺点是什么呢 电路复杂了是吧 多了一套电路 多了一套驱动 所以说这是它两个有本质上不同的地方 那么什么时候我们用单路的这个 Single Boost 那么什么时候用 Interleave 这个 Boost 因为 Interleave PFC 呢实际上 有我们看这两种情况 其实我什么时候用呢 就是取决于说到底还是一个性价比的问题 如果说你的功率特别小 总共才几百瓦或者是几十瓦 那如果你选双路的就意味着什么 意味着你这个电路非常复杂 我就算一个电感把它变成两个了是便宜了不少 但是这个其实并不贵到哪去 单个电感 然后呢纹波做小也不难 因为我功率小的话频率可以开很高 电感量本来就很小 所以这个时候呢相反你的电路复杂了 对成本的影响肯定更大 我们往往一般来讲就是说这种交错并联 是为了实现更大的功率 就是更大的功率的时候用它比较好 那么从我个人的体会来讲呢 我是什么时候怎么来判断它是交错并联 还是不交错并联 其实我要看我们所选的器件 比如说我这个电路里面设计 我选的是 TO-247 的这个管子 那么如果我一个 TO-247 的管子 我所工作的这个功率呢 基本上就够达到要求了 那这个时候呢我如果选两个 TO-247 来分担的话我实际上就不合算 我一个就能解决了 那这种这种情况下我往往是用单路的这种功率 那么如果说我功率比较大 我就算是用一个这个 TO-247 的管子 来用在这个地方 我发现功率肯定不够 所以我这地方需要两个管子并在一起 当一个管子用 那这种情况下两个管子并在一起 它驱动信号是一样的 那我不如说把他两个 反正是要用两支管子 那我就把它分开启动个各差 180 度 既然你这个用两个管子 这地方基本上也是两个管子的 所以说我把它分开 实际上我的器件并没有增加个数 那这种情况下我倒是比较推荐 用交错并联的方式 这样的话因为器件没有增加 我原先还是用四支管子 现在也是四支管子 那么我只是把一个电感变两个了 那这个优势就非常的明显 其实往往我考虑的时候呢 一般是考虑我的器件有没有增加 如果器件不增加 个数不增加 那么单路的单个器件的那我用单路 如果两个器件的我就用两路 三个器件呢最好你用 180 度那就更厉害 那个电感可以做得很小那么我们看右边这个波形 这是一个实测的波形 这是我用了一个 350uH 30A 的电流的时候 能达到 350uH 的电感 一个双电感 然后呢把他工作在六个千瓦的一个电流 这是整个的波形 那大家看到这是大家有个印象 就是说我这个绿颜色的实际上 是我们滤波器的输入端 也就是说我们电网进来的 正弦波就是被滤过了之后 即便是滤了之后 你看着有些地方还是有些疙疙瘩瘩的地方 实际上还是有点小纹波的 但是已经比较干净了 EMI 就会比较好 那么这个紫颜色的是什么呢 是我们整流桥就在这个地方 整流桥整流之后的这个电压波形 所以说它就是半个正弦波 半个正弦波 然后把它这是反半波 半个正弦波 然后把它这是反半波 然后翻上来了 实际上如果不翻上来 就是往下走了嘛 所以这是电压波形 那我们的目的是什么呢 我们的目的就是想把这两个电感 合成之后的这个电流波形 让它完全跟踪这个电压波形跑 也就是说电压波形是什么形状 我合成之后的电流波形 也是什么形状 那 PFC 就达到 1 了 底下这个黄颜色是单个的电感的电流波形 无论是上面还是下面 L1 还是 L2 那么都是一样的 那把这两个波形和在一起之后叠加起来 就得到了这个蓝颜色的波形 这个蓝颜色波形实际上是两个电感加在一起 就 IL1+IL2 的电流波形所以说从这里头我们就能看到刚才这个效果 就是说这个地方你看最顶的这个地方 纹波这么大 叠加之后纹波肯定是小了一块 但是并没有小到很多 没有我这个画的那么玄乎 这个地方是好玄乎的 那我是故意挑了这么个地方画 其实呢你看这个地方是很玄乎的对吧 这两个点纹波几乎为零的 对不对 如果我画到这个位置取出来的 你看纹波这么大就变成这么小了 如果画在这 那你看我这个就不是玄乎了 实际上我是大概是取得这个位置的波形来画的 所以这是这个情况 那么什么时候他会变大什么时候变零 后面呢我再给大家介绍 这样这是给大家一个印象 实际上通过这个印象 你就会发现用很小的电感的单路 叠加起来的纹波实际上变小了很多 很漂亮啊很干净 这是给大家一个交错并联的印象

• 两路交错并联相差180度相位，即刚好一半的周期的时候呢 进入下一个通道的开通
• 交错并联的纹波会大幅度减小、所需电感量也会减小

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