电子行业--不使用桥路的升压PFC（PDF 23页）(1)

1不使用桥路的升压PFC：单周控制的突破作者：StephenOliver，负责AC-DC的市场经理国际整流器公司，ElSegundo,[e-mail]在深圳的讲演人：IsraelSerrano，应用工程师国际整流器公司，新加坡，[e-mail]在上海的讲演人：PeterChen，现场应用工程师国际整流器公司，中国深圳，[e-mail]来自www.3722.cn中国最大的资料库下载2摘要•用于功率因数校正(PFC)的“无桥路升压”(BLB)电路是在1983年提出来的，用于AC-DC开关型电源和马达驱动。•不过，要在效率和功率密度方面作出应有的改进，是非常困难的，这是因为控制技术十分复杂•用老式的“乘法器”实现的控制集成电路，为了得到很好的功率因数，需要检测电压和检测电流的电路，价钱很高。这表示，无桥路升压太复杂，也太贵，不能在实际生产中使用。•现在，出现了新的“单周控制”(OCC)技术，它工作在“峰值电流连续导通模式”，电压和电流的检测变得非常简单，可以把无桥路升压用于生产，从而提高效率和功率密度。•扼要地介绍无桥路升压的历史，并且对使用“乘法器”的老式控制与单周控制进行了比较。•介绍用模型得到的效率、功率因数数据和电磁干扰的和实际测试的数据。来自www.3722.cn中国最大的资料库下载3普通的PFC普通的升压PFC与无桥路升压PFC的对比不使用桥路的PFC低速二极管高速二极管MOSFET导通路径通/（断）普通的PFC４１１2个低速二极管、1个MOSFET/（2个低速二极管、1个高速二极管）无桥路PFC０２２1个体内二极管、1个MOSFET/（1个MOSFET体内二极管、1个二极管）来自www.3722.cn中国最大的资料库下载4050010001500010203040OutputPower(W)ConductionLoss(W)ConventionalPFCBridgelessPFC无桥路升压PFC：关于效率的模型在1kW的系统中节电10W低速二极管高速二极管MOSFET导通路径通/（断）普通的PFC４１１2个低速二极管、1个MOSFET/（2个低速二极管、1个高速二极管）无桥路PFC０２２1个体内二极管、1个MOSFET/（1个MOSFET体内二极管、1个二极管）来自www.3722.cn中国最大的资料库下载5无桥路升压：性能优良，但是….用无桥路升压(BLB)可以得到优良的性能•效率较高(%)•功率密度较高(瓦/英寸3)•在行业中为何不是一个标准的电路?•元件?•控制?•电磁干扰?•让我们从BLB的简短历史开始讲罢…来自www.3722.cn中国最大的资料库下载6无桥路升压(BLB)方案的简短历史：元件•美国专利US4,412,277，DanielM.Mitchell，罗克威尔公司，1983•在1983年用的元件：•开关•双极晶体管或者第一个HEXFET功率MOSFET晶体管•二极管•“标准的”恢复二极管•在2005年用的元件：•开关•SuperJunctionMOSFET晶体管•二极管•超快速恢复二极管或者SiC肖特基二极管•由于元件方面的改进，可以实现更好的性能来自www.3722.cn中国最大的资料库下载7无桥路升压:原先提出的办法（罗克威尔，19831）•专利号：US4,412,277检测电流检测电压乘法器BLB•控制系统非常复杂，MOSFET/超快速二极管还刚开始出现–仍然是“大学里”进行的项目来自www.3722.cn中国最大的资料库下载8无桥路升压:后来的工作(STL4981,20022)检测电压用SO20封裝的乘法器BLB检测电流•有了新的功率元件，但是控制电磁干扰的问题仍然非常复杂–未被产业界所采用来自www.3722.cn中国最大的资料库下载9无桥路升压:后来的工作(Tyco,模拟,20053)BLB乘法器检测电压检测电流•基本上一样，仍然使用复杂的电压与电流测量系统和基于乘法器的控制器来自www.3722.cn中国最大的资料库下载10无桥路升压控制•需要检测交流电网电压•需要检测交流电网电压•BLB的问题是，很难测量交流电网的电压•用平均值的方式进行控制•检测电流是问题•需要一个新的办法来控制功率因数：à单周控制(OCC)来自www.3722.cn中国最大的资料库下载11何谓单周控制?5,6(让我们从标准升压PFC开始讲)•占空比的大小是按需要•不需要检测输入电压•只需要检测峰值电流VmVm-Iin*RsVm*t/TsvTs20spkmmRIVDV⋅-=⋅()DVRImspk-=⋅1()DVVoin-=1ClockgeneratorQQSETCLRSR+-+-VmI*RsOCC控制器Vm-I*Rs来自www.3722.cn中国最大的资料库下载12传统的‘乘法器’CCM：标准的升压PFC4•乘法器:•控制复杂•元件很多•需要检测交流电网电压•设计时间长•印刷电路板尺寸大VinVoIinDRIVER+-CLOCKQ/QRSRsVmVref-+VoltageLoopErrorAmpComparatorZf+-MultiplierCBAFixedRampGeneratorVo=AB/CZfCurrentErrorAmpVinVoIinDRIVER+-CLOCKQ/QRSRsVmVref-+VoltageLoopErrorAmpComparatorZf+-MultiplierCBAVinVoIinDRIVER+-CLOCKQ/QRSRsVmVref-+VoltageLoopErrorAmpComparatorZf+-MultiplierCBAFixedRampGeneratorVo=AB/CZfCurrentErrorAmp用乘法器的PFC子板-20脚的连接器来自www.3722.cn中国最大的资料库下载13单周控制(OCC)：标准的升压PFC7•OCC:‘包含复位功能的积分器’·设计简单·元件减少40%*·印刷电路板的面积减少50%*·不需要检测交流电网·只需要一个电流互感器(控制峰值电流)·与UC3854相比，节省1美元*VinVoIinRsVinVoIinRsVinVoIinVref-+VoltageLoopErrorAmpIntegratorwithResetComparatorZf+-CLOCKQ/QRS-+Vm+-CLOCKQ/QRSRsDRIVERIR1150:-300W演示板-1”x1”子板-设计软件来自www.3722.cn中国最大的资料库下载14无桥路单周控制（OCC）PFC:IR1150,20058•不需要检测输入电压•电流互感器T1,T2的信号加起来形成完整的开关电流信息•容易实现–产业界可以采用T1T2Clockgenerator+-+-RSQQ1V(S)T2T1VREF检测电压具有复位功能的积分器BLB检测电流全部控制功能都在标准的SO8封装中来自www.3722.cn中国最大的资料库下载15无桥路升压:电磁干扰?共模噪音的来源ACCd1Cd2CpCn•所有电压的波动都是相对于地而言•预计有大的共模电流9•好的设计可以抵消掉一部分共模电流ABCD49.20000ms49.20500ms49.21000ms49.21500ms49.22000ms49.22500ms49.23000ms49.19546ms49.23636msV(d1)-V(earth)V(d2)-V(earth)0V200V-122V338VVd2Vd1V(n)-V(earth)V(p)-V(earth)-400V0V400V800VSELVpVnVAVBVCVD来自www.3722.cn中国最大的资料库下载16ACAC对电磁干扰性能的评估•只有Cd会引起共模噪音•所有寄生电容都会引起共模噪音CdCs1Cs2Cd1Cd2Cs1Cs2普通PFC无桥路的PFC来自www.3722.cn中国最大的资料库下载17降低電磁干擾噪音的技術C1C2S1D1D2S2L1L2•用电容器来稳定电压•电磁干扰方面的性能与普通PFC相似来自www.3722.cn中国最大的资料库下载18实验结果：输入电压与输入电流•用具有单周控制（OCC）的无桥路PFC实现功率因数校正输入电压输入电流来自www.3722.cn中国最大的资料库下载19实验结果：效率•效率提高了1%，证明理论分析是正确的0.920.930.940.950.960100200300400500普通PFC无桥路PFC输出功率(W)效率来自www.3722.cn中国最大的资料库下载20实验结果：功率因数0.960.970.980.99190V140V190V240V无桥路PFC普通PFC(UC3854)输入电压(V)功率因数来自www.3722.cn中国最大的资料库下载21实验结果：电磁干扰性能普通的PFC试验板•‘簡單的’BLBEMI噪音電平遠遠超過標準(雖然使用了濾波器)原先的无桥路PFC技术改进后普通的PFC试验板的无桥路PFC技术••新的BLB电路大幅度降低了电磁干扰预计会进一步改善•电路板样机没有屏蔽/未针对电磁干扰进行优化•预计会进一步改善来自www.3722.cn中国最大的资料库下载22无桥路升压小結•在普通的升压PFC电路中，导通损耗大，在交流输入电压低时，降低效率•用简单的结构，无桥路PFC可以降低PFC电路的导通损耗•单周控制简化了无桥路PFC控制的设计•用这理提出的办法可以降低无桥路PFC的电磁干扰噪音•谢谢来自www.3722.cn中国最大的资料库下载23参考文献1.PatentNo.US4,412,277,“AC-DCConverterHavingAnImprovedPowerFactor”,DanielM.Mitchell,RockwellCorp.19832.STL4981ApplicationNote,20023.“2ndGenerationofPFCSolutions”;MichaelFrisch,TemesiErnö,YuJinghuiTycoElectronics/PowerSystems;[e-mail](Unitrode)UC3817/UC3854applicationnotes5.PatentNo.US5,278,490;“One-CycleControlledSwitchingCircuit”,KeyueM.Smedley,19946.“AFamilyofContinuous-Conduction-ModePower-Factor-CorrectionControllersBasedontheGeneralPulse-WidthModulator”;ZherenLai&KeyueMaSmedley,IEEETransactions,May19987.“OneCycleControlICSimplifiesPFCDesigns”;RonBrown&MarcoSoldano,InternationalRectifier,APEC2005,“BridgelessPFCImplementationUsingOneCycleControlTechnique”;BingLu(CPES),RonBrown,MarcoSoldano(InternationalRectifier),APEC2005,“State-of-the-Art,Single-Phase,ActivePower-Factor-CorrectionTechniquesforHigh-PowerApplications–AnOverview”;MilanJovanovic&JungtaekJang(DeltaEle