CN103887964A - 准定频交错式临界电流pfc电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种准定频交错式临界电流PFC电路，包括交错Boost PFC变换器电路，所述Boost PFC变换器电路包括主变换器和从变换器；所述主变换器包括升压电感器L1、功率开关VS1、升压二极管VD1，本发明电路中使用的电感是电感量随流过电感的电流或安匝数变化的电抗器，电流I或IW变大时，L变小；电流I或IW变小时，L变大，有效减小临界电流PFC的工作频率变化范围，实现准定频工作方式；同时减小磁性材料的面积积，降低成本。

Description

准定频交错式临界电流PFC电路

技术领域

本发明涉及一种双重交错临界电流PFC电路，具体涉及能实现开关器件的零电流开通ZCS及输出二极管无反向恢复电流，应用于中、小功率单机功率因数校正PFC电路的准定频交错式临界电流PFC电路。

背景技术

双重交错临界电流PFC电路由于能实现开关器件的零电流开通ZCS及输出二极管无反向恢复电流等优势，是中、小功率单机功率因数校正PFC电路的发展方向。

目前实现电流临界是采取电感参数L固定及变频工作模式PFM，太宽的频率变化范围带来两个问题：

1）、限制了开关器件的选择范围，比如在目前技术条件下只能选择MOSFET作为PFC的开关器件，限制了IGBT等优秀开关器件进入PFC领域，也限制单机PFC电路功率的进一步提高；

2）、造成磁性材料的浪费，由于磁性材料面积积（cm⁴）的选择依据是：

I_PK在wt=90°时最大，在wt=0°或者180°时最小，所以铁芯电抗在wt=90°左右得到了充分的应用，在wt=0°左右不能充分得到应用，增大了铁芯体积和成本。

发明内容

本发明的目的是设计一种准定频交错式临界电流PFC电路，电路中使用的电感是电感量随流过电感的电流或安匝数变化的电抗器，电流I或IW变大时，L变小；电流I或IW变小时，L变大，有效减小临界电流PFC的工作频率变化范围，实现准定频工作方式；同时减小磁性材料的面积积，降低成本。

为实现上述目的，本发明设计的准定频交错式临界电流PFC电路，包括交错Boost PFC变换器电路，所述Boost PFC变换器电路包括主变换器和从变换器；所述主变换器包括升压电感器L1、功率开关VS1、升压二极管VD1，所述升压电感器L1和升压二极管VD1串联连接在负载R_L的回路上，所述功率开关VS1并联连接在负载R_L和升压二极管VD1串联连接支路的两端；所述从变换器包括升压电感器L2、功率开关VS2、升压二极管VD2，所述升压电感器L2和升压二极管VD2串联连接在负载R_L的回路上，所述功率开关VS2并联连接在负载R_L和升压二极管VD2串联连接支路的两端；所述升压电感器L1和升压电感器L2为电感量随流过的电流或安匝数变化的电抗器，所述升压电感器L1和升压电感器L2的磁芯为铁硅铝材料的环形磁芯。

进一步地，所述升压电感器L1和升压电感器L2的电感L与磁芯的导磁率u之间的关系式为：

$L=\mathrm{\μ}\frac{N^2{S}_c}{l},$

式中：u为磁芯的导磁率，S_c为磁芯面积，l为磁路长度，N为电感器的匝数，L与μ成正比，动力I_w越大，μ值越小，L越小。

进一步地，所述磁芯的能量处理能量力与其面积A_p的关系为：

$A_p=A_w{A}_c=\frac{2W\×{10}^4}{{\mathrm{BJK}}_u},$

式中，A_p为磁芯面积积，单位为cm⁴；A_c为铁芯面积，单位为cm²，A_w为窗口面积，单位为cm²；B为磁感应强度，单位为T；J为电流密度，单位为A/cm²；K_u为窗口利用系数，取值范围为0.2～0.4；用固定数量的电感L，则在δ_i=90°时，I=I_PKm为最大值，频率最低，Ap为：

$A_p=\frac{{\mathrm{LI}}_{\mathrm{PK}}^2\×{10}^4}{B_m{\mathrm{JK}}_u}=\frac{P_K}{B_m{\mathrm{Jf}}_{\min }{K}_u},$

式中PK是指第k个工作周期内的功率，电感值设计为：

$A_p=\frac{L_{\min }{I}_{\mathrm{PK}}^2}{B_{\min }{\mathrm{JK}}_u},$

设定 $L_{\min }=(\frac{1}{4}~\frac{1}{5})L_{\max },$

则： $A_{p1}=(\frac{1}{4}~\frac{1}{5})\frac{{\mathrm{LI}}_{\mathrm{PK}}^2}{B_m{\mathrm{JK}}_u},$ 面积积为最小。

本发明设计的准定频交错式临界电流PFC电路中的电感，采用铁硅铝（sendust）粉末环形磁芯材料，其电感量随流过电感的电流或安匝数（IW，W一定）变化的电抗器，变化的方式为：电流I或IW变大时，L变小；电流I或IW变小时，L变大。减小临界电流PFC的工作频率变化范围，实现准定频工作方式；减小磁性材料的面积积（单位为cm⁴），降低成本。

附图说明

图1为本发明电路结构图；

图2为本发明的升压电感器L1和升压电感器L2的电感电流波形图；

图3为本发明的升压电感器L1和升压电感器L2的电感磁芯材料随磁动力变化曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示的准定频交错式临界电流PFC电路，包括交错BoostPFC变换器电路，Boost PFC变换器电路包括主变换器和从变换器；主变换器包括升压电感器L1、功率开关VS1、升压二极管VD1，升压电感器L1和升压二极管VD1串联连接在负载R_L的回路上，功率开关VS1并联连接在负载R_L和升压二极管VD1串联连接支路的两端；从变换器包括升压电感器L2、功率开关VS2、升压二极管VD2，升压电感器L2和升压二极管VD2串联连接在负载R_L的回路上，功率开关VS2并联连接在负载R_L和升压二极管VD2串联连接支路的两端；升压电感器L1和升压电感器L2为电感量随流过的电流或安匝数变化的电抗器，升压电感器L1和升压电感器L2的磁芯为铁硅铝材料的环形磁芯。

升压电感器L1和升压电感器L2的电感L与磁芯的导磁率u之间的关系式为：

$L=\mathrm{\μ}\frac{N^2{S}_c}{l},$

式中：u为磁芯的导磁率，S_c为磁芯面积，l为磁路长度，N为电感器的匝数，L与μ成正比，动力I_w越大，μ值越小，L越小。

磁芯的能量处理能量力与其面积A_p的关系为：

$A_p=A_w{A}_c=\frac{2W\×{10}^4}{{\mathrm{BJK}}_u},$

式中，A_p为磁芯面积积，单位为cm⁴；A_c为铁芯面积，单位为cm²，A_w为窗口面积，单位为cm²；B为磁感应强度，单位为T；J为电流密度，单位为A/cm²；K_u为窗口利用系数，取值范围为0.2～0.4；用固定数量的电感L，则在δ_i=90°时，I=I_PKm为最大值，频率最低，Ap为：

$A_p=\frac{{\mathrm{LI}}_{\mathrm{PK}}^2\×{10}^4}{B_m{\mathrm{JK}}_u}=\frac{P_K}{B_m{\mathrm{Jf}}_{\min }{K}_u},$

式中PK是指第k个工作周期内的功率，电感值设计为：

$A_p=\frac{L_{\min }{I}_{\mathrm{PK}}^2}{B_{\min }{\mathrm{JK}}_u},$

设定 $L_{\min }=(\frac{1}{4}~\frac{1}{5})L_{\max },$

则： $A_{p1}=(\frac{1}{4}~\frac{1}{5})\frac{{\mathrm{LI}}_{\mathrm{PK}}^2}{B_m{\mathrm{JK}}_u},$ 面积积为最小。

本发明的升压电感器L1和升压电感器L2在N,S_c,l不定的条件下，L与μ成正比，可以实现I_w越大，μ值越小，L越小的目的。

本发明利用铁硅铝μ=f(IW)曲线特性设计参数可变并且可控的Boost储能电感，通过自适应改变电感值实现双路交错电流临界PFC准固定频率，提高了单机PFC电路功率的进一步，减小磁性材料的面积积，降低了成本。

本发明未做详细描述的部分属于现有技术。

Claims (3)

1.一种准定频交错式临界电流PFC电路，包括交错Boost PFC变换器电路，其特征在于：所述Boost PFC变换器电路包括主变换器和从变换器；

所述主变换器包括升压电感器L1、功率开关VS1、升压二极管VD1，所述升压电感器L1和升压二极管VD1串联连接在负载R_L的回路上，所述功率开关VS1并联连接在负载R_L和升压二极管VD1串联连接支路的两端；

所述从变换器包括升压电感器L2、功率开关VS2、升压二极管VD2，所述升压电感器L2和升压二极管VD2串联连接在负载R_L的回路上，所述功率开关VS2并联连接在负载R_L和升压二极管VD2串联连接支路的两端；

所述升压电感器L1和升压电感器L2为电感量随流过的电流或安匝数变化的电抗器，所述升压电感器L1和升压电感器L2的磁芯为铁硅铝材料的环形磁芯。

2.根据权利要求1所述的准定频交错式临界电流PFC电路，其特征在于：所述升压电感器L1和升压电感器L2的电感L与磁芯的导磁率u之间的关系式为：

$L=\mathrm{\μ}\frac{N^2{S}_c}{l},$

式中：u为磁芯的导磁率，S_c为磁芯面积，l为磁路长度，N为电感器的匝数，L与μ成正比，动力I_w越大，μ值越小，L越小。

3.根据权利要求1或2所述的准定频交错式临界电流PFC电路，其特征在于：所述磁芯的能量处理能量力与其面积A_p的关系为：

$A_p=A_w{A}_c=\frac{2W\×{10}^4}{{\mathrm{BJK}}_u},$

式中，A_p为磁芯面积积，单位为cm⁴；A_c为铁芯面积，单位为cm²，A_w为窗口面积，单位为cm²；B为磁感应强度，单位为T；J为电流密度，单位为A/cm²；K_u为窗口利用系数，取值范围为0.2～0.4；用固定数量的电感L，则在δ_i=90°时，I=I_PKm为最大值，频率最低，Ap为：

$A_p=\frac{{\mathrm{LI}}_{\mathrm{PK}}^2\×{10}^4}{B_m{\mathrm{JK}}_u}=\frac{P_K}{B_m{\mathrm{Jf}}_{\min }{K}_u},$

式中PK是指第k个工作周期内的功率，电感值设计为：

$A_p=\frac{L_{\min }{I}_{\mathrm{PK}}^2}{B_{\min }{\mathrm{JK}}_u},$

设定 $L_{\min }=(\frac{1}{4}~\frac{1}{5})L_{\max },$

则： $A_{p1}=(\frac{1}{4}~\frac{1}{5})\frac{{\mathrm{LI}}_{\mathrm{PK}}^2}{B_m{\mathrm{JK}}_u},$ 面积积为最小。

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