PFC电感计算详解
发布时间：2011-10-26 13:32
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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 
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 ，所以 
5. 求需要的电感量 为保证电流连续，Boost电感应当大于 
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 
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 
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 
2. 确定输出电压 电感的导通伏秒应当等于截止时伏秒： 
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 
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 电感中最大峰值电流是峰值电流的1倍 
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.由式（11）求得 
根据式（8）得到 
因为导通时间随输入电压平方成反比，因此应当在最低电压下选择磁芯尺寸，只要在最低输入电压峰值时避免饱和。 
整个窗口铜的截面积 
用AP法选择磁芯尺寸。 6. 计算线圈匝数 
解：输入最大电流为 
设输出电压为410V，最高输入电压时最低频率为20kHz。即周期为50μs，因此，导通时间为 
77439的平均磁路长度l=10.74cm，磁场强度（Oe）为 
此时磁场强度H＝111×21/105＝22.2Oe，μ下降到0.88，此时电感量 
选取电流密度j=5A/mm2，导线尺寸为 
核算窗口利用系数。Aw＝4.27cm2，则 
Nm1=（π（ID-0.5d’-0.05）/1.05d’）-1=96.9 实际96匝。 第二层只要15匝。 |
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