所需要的高频输入电容为
高频电容是标准的高质量薄膜电容,它用来应对最坏情况下的线路电压峰值,要注意避免电容值太大,这会导致电流失真。可以考虑把这个电容作为EMI 输入滤波器的一部分,它的主要目的是用最短的回路去旁路输入电流的高频分量。
4、升压电感的设计
在VIN(PK)MIN端必须确定功率开关的占空比。这相当于在最小线路电压时,整流线路电压峰值的电感电流。
是基于20%纹波电流的假设,这是设计折衷方法必须考虑的另一个地方。
较小的纹波翘流值对于减小失真,输出电容在纹波电流,功率开关的峰值电流和EMI 的处理都是有好处的。
无论如何在这里的折衷方法是提高电感值来减小纹波电流,这会增大电感的尺寸和成本。
注意在给定的设计中磁心的选择,磁心在峰值电流水平时不能饱合。
相反地,允许高值的纹波电流需要较小的电感时,将忽略以前指出的对一些性能的影响。
成本折衷方法典型地用于选择磁心材料以应对损耗、温升以及随电流的增大会导致的电感饱合。对于电感设计要仔细的考虑磁心结构、数据手册和应用注意。详细的电感设计不包插在这个应用注意的范围。
5.需要的输出电容
PFC变换器输出电容的设计是建立在电源所需延迟时间的基础上。用一个恰当的设计,电容的纹波电压和电流都不成问题。
对于PFC应用电容的典型值为每瓦输出功率1~2uF。
最小电容值必须减小到电容的偏差允许值内,在这种情况下为-20%,为了保证满足最小电容的要求,假设最小保持时间。
在这种情况下,选电容的标准值为330 uF。
四、设计注意点
1、IC去耦电容
PFC变换器在对于控制器是个不好的噪声环境,因此,必须考虑对噪声适当的去耦。
对IC 起旁路作用的关键是旁路电容的实际定位和控制IC 供电源末端的连接。为了电容能提供合适的滤波,电容必须放在离VCC和COM端尽可能近的地方,要用最短的路径连接。
注意在图6中旁路电容直接放在SO8 IC上面,这将为电容到VCC和COM端提供可能的最短路径。提供最紧密的去耦路径使得长连线引起的干扰噪声降到最低。
去耦电容的值与许多因素有关,包括限制开关频率9功率MOSFET栅驱动电容的太小,外部串入栅驱动路径的电阻值。一般推荐一个470nF 的陶瓷电容,还要-个较大的电解电容存在以提供低频滤波。
图6 IR1150去耦电容的连接
2.电感设计
当设计升压电感时,除了考虑电感值外还要考虑更多的问题。电感的结构要结合寄生元器件一起做,它对系统的噪声水平有重要的影响。升压电感的寄生元器件会因为绕线电容的谐振产生高频振荡。
图7 所示用一个多层非理想升压电感时功率MOSFET的导通电流,注意高频扰动(大约8~10MHz)的存在。图8 为单层电感的开启波形,图中有同样数值的单层电感,但是有较低的绕线间电容。
图7 多层非理想升压电感时功率 图8 单层电感的开启波形
MOSFET 的导通电流波形
如果不控制这种振荡,会产生控制IC 3PIN的不可接受电压,这会中断电路的正常工作。
尽管内部消隐电路用以限制电流环上的三极管反向恢复尖峰的影响,建议在电流检测电阻上加一个RC 网络来限制此尖峰,提高控制IC 的噪声免疫能力。
另一个限制此振荡的原困就是为了限制EMI,尤其是在辐射范围内的EMI。
3.栅驱动的考虑
IR1150有1.5 A峰值的源出和漏入电流能力,它的栅驱动器有极快的上升和下降时间。这些快速的上升和下降性能,如果不适当地控制,在提供符合要求的MOSFET栅动能力的同时也会产生噪声问题。
当栅驱动速度大快而导致快速的di/dt 和 dv/dt上升沿时,满足 EMI的要求就困难了。这不仅要增加 EMI 滤波器,还会使控制器要处理额外的噪声干扰。图9和图10中的波形说明了IR1150S的栅驱动电压与功率开关MOSFET YR极电流的关系。
图9 IR1150 的栅极驱动波形 图10 IR1150的栅驱动波形
上升时间必须用对栅驱动电阻适当地选择来控制。当为给定的设计选择适当的驱动电阻时,要考虑的寄生元件有容性元件和感性元件、PCB板的布局、热设计、系统效率和功率开关的选择。
如果对栅驱动的设计没有给予适当的注意,将引起波形尖刺和噪声问题。
4. PCB布局
合遒的电路路径是实现最佳电路性能和最小系统噪声所必需的。电源路径过长的轨迹引起的寄生电感会引入噪声尖峰,这会损坏电路性能到不能接受的水平。它除了产生系统噪声外,这些尖峰还会降低功率器件的稳定性。如果干扰很严重,器件会突然失效,这很具破坏性。这些不受控的寄生元件是因印制电路板布局的不恰当引起,结果会迫使设计者在增加成本和降低效率之外,还要控制额外的噪声和抑制电路的电压尖峰。因此必须特别注意儆到最佳的PCB布局路线,引线长度方面对于关键的电路路径都必须严格符合技术要求。在高压功率部分和电流开关路径中,当最短的轨迹长度符合要求时,可以适当的接地。对于地电平的合理利用对控制部分成功工作都是极有帮助的。
5.附加的噪声抑制的考虑
PFC升压二极管反向Yfi复特性对于传导和辐射系统的噪声都是巨大的EMI根源。它除了在完成基本的电路功能和稳定性之外还负担着EMI的滤波。
除了噪声外还要考虑效率。在它的导通周期内功率开关还要承担它的反向恢复电流, 因此,它会引起额外的功率损耗,因此在累统总效率的提高和噪声水平的降低上有额外的负担。碳化硅升压二极管的反向恢复时间基本为零是个极好的解决方法,它基本上没有反向MA复电流要处理。在碳化硅二极管成为PFC 变换器设计的元件时要考虑浪涌电流。同时,通过升压二极管的RC缓冲器在减小曲于反向恢复而引起的噪声中有很大作用。当设计合适时,缓冲器只有很少的损耗,从而允许功率开关承担它的全部反向镞复电流。
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