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關于boost PFC輸入電容和boost電感的匹配探討

 

本人在做數字化PFC,在硬件電路上,遇到一個之前沒有想到的問題。

關于Cin的選取與L的大小的關系。遇到的問題可描如下:

1.當不加Cin時,整流橋后端輸入電壓波形如下圖:

 

2.當添加470nf的電容后,若電感量為1mH。輸入電壓波形如下圖:

 

3.同為470nf情況下,若電感減小為600uf,輸入電壓波形如下圖:

 

4.在電感為1mH時,若增加電容至820nf,輸入電壓波形較情況2有明顯改善。

有下面幾個問題請教:

1.為何MOSFET開關毛刺對輸入電壓波形影響如此嚴重,哪來的毛刺?

2.增大電容量可以減小毛刺,但會抬高電壓,電容量越大,吸收效果越好,但對功率因數的影響也越大。

3.增大感量可以保證電路工作在連續模式狀態,但電感越大,毛刺越大,減小電感就會出現電流斷續狀態。

請教諸位在做基于UC3854的CCM模式PFC時,如果工作在150W,電感量達到3mH,如何解決輸入電壓毛刺問題?

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2012-06-12 15:21
先做下記號。。。
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2012-06-12 19:10
@dxsmail
先做下記號。。。

謝謝你的沙發!

我比較想搞清楚為什么會出現這樣的毛刺?是不是CCM模式下,如果功率不大,電感值較大,這樣的問題難以避免?

臨界導通模式不是不存在這樣的問題,只是其感量都較小,這個問題沒有出現。如果去掉Cin或者加大感量,也會同樣出現這樣的問題。

諸位如果不相信,可以拿著自己的電路試試看。

愿意深入探討!

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mko145
LV.8
4
2012-06-12 20:24
1. 但凡開關電源(硬開關)都會有開關噪聲,也就是看到的毛刺,很正常 ~ 
2. 有電容可以減小噪聲,這是電容的濾波作用,否則它就不叫電容了。
3. “電容量越大,吸收效果越好,但對功率因數的影響也越大。” 這也就是我們為什么要加 PFC 的原因。想想看,如果電容用到 200uF, 是不是已經是直流了~
4. 感量大,電路工作在連續模式狀態。開關管開關的時候電感上有電流,所以噪聲會大。非連續模式或者臨界模式,開關管開關的時候電感上已經沒有電流了,故而沒有噪聲。
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2012-06-15 22:47
@mko145
1.但凡開關電源(硬開關)都會有開關噪聲,也就是看到的毛刺,很正常~ 2.有電容可以減小噪聲,這是電容的濾波作用,否則它就不叫電容了。3.“電容量越大,吸收效果越好,但對功率因數的影響也越大。”這也就是我們為什么要加PFC的原因。想想看,如果電容用到200uF,是不是已經是直流了~4.感量大,電路工作在連續模式狀態。開關管開關的時候電感上有電流,所以噪聲會大。非連續模式或者臨界模式,開關管開關的時候電感上已經沒有電流了,故而沒有噪聲。

真誠謝謝您的熱心答復!

4. 感量大,電路工作在連續模式狀態。開關管開關的時候電感上有電流,所以噪聲會大。非連續模式或者臨界模式,開關管開關的時候電感上已經沒有電流了,故而沒有噪聲。

為什么開關管開關的時候電感上有電流噪聲會大?能否進一步指教!不甚感激!

還有對于200W以內的CCM模式是不是天生就不適合了?因為感量都在2mH以上,輸入電壓波形已經較差。

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2012-06-16 07:58
@wangyang8695
真誠謝謝您的熱心答復!4.感量大,電路工作在連續模式狀態。開關管開關的時候電感上有電流,所以噪聲會大。非連續模式或者臨界模式,開關管開關的時候電感上已經沒有電流了,故而沒有噪聲。為什么開關管開關的時候電感上有電流噪聲會大?能否進一步指教!不甚感激!還有對于200W以內的CCM模式是不是天生就不適合了?因為感量都在2mH以上,輸入電壓波形已經較差。

應該不是吧??

只是CCM適合大功率。。。

你用哪塊芯片????

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2012-06-16 07:58
@wangyang8695
真誠謝謝您的熱心答復!4.感量大,電路工作在連續模式狀態。開關管開關的時候電感上有電流,所以噪聲會大。非連續模式或者臨界模式,開關管開關的時候電感上已經沒有電流了,故而沒有噪聲。為什么開關管開關的時候電感上有電流噪聲會大?能否進一步指教!不甚感激!還有對于200W以內的CCM模式是不是天生就不適合了?因為感量都在2mH以上,輸入電壓波形已經較差。
一般碰到的都是電感不足的。。。呵。。
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2012-06-16 08:00

CIN最好大點。。。

對后面的PFC影響很大。。

用派型濾波吧。。。

兩個474再加200UH以上的電感才行。。。

不然只用一個1UF的電容也可以。。。。


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2012-06-16 08:02
@dxsmail
CIN最好大點。。。對后面的PFC影響很大。。用派型濾波吧。。。兩個474再加200UH以上的電感才行。。。不然只用一個1UF的電容也可以。。。。

這個問題不止CCM會遇到。。。

DCM和CRM都會遇到。。。

很少人碰到都是抄板的。。。呵。。。都通用了。。。474電容+200UH+474電容。。。。

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mko145
LV.8
10
2012-06-16 08:49
@wangyang8695
真誠謝謝您的熱心答復!4.感量大,電路工作在連續模式狀態。開關管開關的時候電感上有電流,所以噪聲會大。非連續模式或者臨界模式,開關管開關的時候電感上已經沒有電流了,故而沒有噪聲。為什么開關管開關的時候電感上有電流噪聲會大?能否進一步指教!不甚感激!還有對于200W以內的CCM模式是不是天生就不適合了?因為感量都在2mH以上,輸入電壓波形已經較差。

1. 電子器件的開關不是理想的開關,需要時間。在關斷的瞬間,電流減小而電壓上升。其間電壓和電流的乘積不為0。有所謂的開關損耗、會產生開關噪聲。

2. 前面第4點說的不嚴謹。應該是 - 非連續模式或者臨界模式,開關管在打開的時候電感上沒有電流。關斷的時候,所有模式下都是有電流。所以,開關噪聲是不可避免的。

3. CCM模式在200W以內同樣適用,只不過非連續模式或者臨界模式不太適合于大功率的場合。

4. 感量2mH好像有些大哦,是頻率選的較低吧

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2012-06-17 19:05
@dxsmail
CIN最好大點。。。對后面的PFC影響很大。。用派型濾波吧。。。兩個474再加200UH以上的電感才行。。。不然只用一個1UF的電容也可以。。。。

恩!謝謝!

1uF的電容,輸入電壓已經被抬起一段。

明天用你說的PI型濾波試試。電感用磁環繞一個就可以吧?

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2012-06-17 19:18
@dxsmail
應該不是吧??只是CCM適合大功率。。。你用哪塊芯片????
在做數字化。
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2012-06-17 19:20
@mko145
1.電子器件的開關不是理想的開關,需要時間。在關斷的瞬間,電流減小而電壓上升。其間電壓和電流的乘積不為0。有所謂的開關損耗、會產生開關噪聲。2.前面第4點說的不嚴謹。應該是-非連續模式或者臨界模式,開關管在打開的時候電感上沒有電流。關斷的時候,所有模式下都是有電流。所以,開關噪聲是不可避免的。3.CCM模式在200W以內同樣適用,只不過非連續模式或者臨界模式不太適合于大功率的場合。4.感量2mH好像有些大哦,是頻率選的較低吧

謝謝!

我的疑問是,ZVS可以減小開關損耗,還能減小開關噪聲嗎?

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mko145
LV.8
14
2012-06-17 22:02
@wangyang8695
謝謝!我的疑問是,ZVS可以減小開關損耗,還能減小開關噪聲嗎?
沒有開關損耗,也就沒有開關噪聲了 ~
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rainever
LV.8
15
2012-06-18 12:00
@wangyang8695
恩!謝謝!1uF的電容,輸入電壓已經被抬起一段。明天用你說的PI型濾波試試。電感用磁環繞一個就可以吧?

Input Capacitor

The input filter capacitor (CIN) has to sustain the input instantaneous voltage (VIt), with an imposed voltage ripple,

during the turn-on (ton) time of the Mosfet.

The worst conditions will be found at the minimum rated input voltage VIrms(min).

The maximum high frequency voltage ripple (r = ΔVI / VI) has to be imposed:

CIN> Kr*Irms / (2?π?fsw?r?Vlrms)

Where: Kr is the current ripple coefficient.

r = 0.02 to 0.08.

The CIN maximum value is limited to avoid current distortion.

參考這個,最多的時候我用到4uf也能正常工作

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2012-06-18 17:57
@rainever
InputCapacitorTheinputfiltercapacitor(CIN)hastosustaintheinputinstantaneousvoltage(VIt),withanimposedvoltageripple,duringtheturn-on(ton)timeoftheMosfet.TheworstconditionswillbefoundattheminimumratedinputvoltageVIrms(min).Themaximumhighfrequencyvoltageripple(r=ΔVI/VI)hastobeimposed:CIN>Kr*Irms/(2?π?fsw?r?Vlrms)Where:Kristhecurrentripplecoefficient.r=0.02to0.08.TheCINmaximumvalueislimitedtoavoidcurrentdistortion.參考這個,最多的時候我用到4uf也能正常工作

為什么during the turn-on (ton) time of the Mosfet會Vin產生紋波呢?不是開關毛刺?

這句話the worst conditions will be found at the minimum rated input voltage VIrms和我觀察到的現象一致。

The CIN maximum value is limited to avoid current distortion。損耗是指電容上的損耗吧?

能不能把整份文檔傳上來?

最后,真心謝謝你的回答!

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rainever
LV.8
17
2012-06-19 14:41
@wangyang8695
為什么duringtheturn-on(ton)timeoftheMosfet會Vin產生紋波呢?不是開關毛刺?這句話theworstconditionswillbefoundattheminimumratedinputvoltageVIrms和我觀察到的現象一致。TheCINmaximumvalueislimitedtoavoidcurrentdistortion。損耗是指電容上的損耗吧?能不能把整份文檔傳上來?最后,真心謝謝你的回答!

這個從一個datasheet上看來的.公司無法上傳.

我覺得在on的時候,對輸入電壓進行斬波,高頻產生了噪音,會傳遞到整個回路吧, 其實可以接示波器去看看.

worst case很好理解,輸入電壓最低時候,ΔVi / Vi值最大,現象就嚴重.

Cin不能太大,不然輸入電流就畸形了. 因為PFC一般都有個Vinac或Iac信號來給電流塑形,當Vin發生變化的時候,電流波形隨之變化.

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