UC3854Boost型APFC電路設(shè)計(jì)

1、UC3854 Boost型APFC電路設(shè)計(jì)基于UC3854的Boost APFC電路設(shè)計(jì)與仿真030720XX4張文彬一、設(shè)計(jì)要求1、最大輸出功率為 Pom=250W2、 輸入交流典范范圍 UN=V3、電網(wǎng)頻率范圍為：f=Hz 4、 輸出直流電壓：Uo=400V5、控制電路載波頻率 fc=100kHz 6、 網(wǎng)測輸入電流峰值 INm=|U=80VN7、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)二、設(shè)計(jì)過程：1、電感選擇：假設(shè)輸入功率等于輸出功率，則最大的線電流峰值：lpk2PinVinmin一般取最大峰值電流的 20%為電感電流紋波，所以 輸入 最小電壓的峰值為 Vinp=113V計(jì)算得到最大占空比：D最終取D=電感最終L

2、=1mHLVinpDfsIIIpkVoVinpVo2、選擇輸出電容：CoCo的典型值為每瓦特1uF到2uF之間，如果考慮維持時(shí) 間，則使用如下公式：取 Pout=250W。Co2Poutt(Vo)2V12，V1=350V,則得到 Co=453uF，最終 取 Co=450uF3、電流檢測電阻，在本次設(shè)計(jì)中采用電阻檢測電流， 設(shè)計(jì)起來簡單方便，但是在大功率的情況下，使用電阻檢測 法帶來的損耗大，可以考慮使用比流器法。使用電阻檢測法的典型壓降值為IV，即Vrs=1 V。先找出電流峰值：IpkIpkmaxlpkl2 計(jì)算得到Ipk=，實(shí)際計(jì)算參數(shù)時(shí)，取 lpk(max)=5A Rs=Vrs/lpk(m

3、ax)=。實(shí)際設(shè)計(jì)電路中，選取Rs=故 Vrs=4、設(shè)定獨(dú)立的電流峰值限制，這里的 Rpk1和Rpk2為分壓電路的電阻。選擇一個(gè)過載電流的峰值：Ipk(ovld)；Rpk1的典型值為10K。VrsovIdlpkovIdRs計(jì)算得到：Vrs(ovld)= 根據(jù)：得到Rpk2= 5、乘法電路的設(shè)定乘法電路的操作可下述方程得知，Imo是乘法電路的輸出電流，Km為1， lac是乘法電路的輸入電流， Vff是前饋 電壓，而Vvea是電壓誤差放大器的輸出。lmoKmlacVvea1(Vff)2Rpk2VrsovldRpk1Vref 前饋電壓 的分壓電路：將輸入電壓Vin的均方根值轉(zhuǎn)為整流輸入電壓的平均電壓

4、值。在 Vin(min)時(shí)，Vff的電壓值必須為，而在 另一分壓節(jié)點(diǎn)Vffc必須為。而Vin的平均值可下述的方程 求的，其中Vin(min)是交流輸入電壓的端的均方根值：VffVinavVinmin72VinavRff3Rff1Rff2Rff3VinavRff3Rff1Rff2Rff3VffcVinavRff2Rff3Rff1Rff2Rff3于是得到取 Rff1=910K , Rff2=91K , Rff3=20K 電阻 Rvac 的 選擇。找出最大輸入線電壓峰值Vpk(max)=Vin(max)=270V,計(jì)算得到 Vpk(max)=382V乘法電路最大輸入電流的在分壓后為600uA因此：計(jì)

5、算得到Rvac=636K,在實(shí)際電路中，選取 Rvac=620K 實(shí)際電路中選用 Rb1=150&電阻Rb1的選擇：Rb1=電阻Rest的選擇。電流Imo不能比流經(jīng)Rest上的電流大出2倍，要先找 出在Vin是的乘法電路的輸入電流 Iac，然后計(jì)算得到Rest。 Iac(min)=Rest=最終算得Rest=，實(shí)際電路中選用電阻Rest=1OK。電阻Rmo的選擇。在輸入電壓為最低值時(shí)，電阻Rmo兩端的電壓必須與電阻Rs在達(dá)到電流峰值限制時(shí)兩端的電壓相同Rmo=6、振蕩頻率：Ct最終選取Rmo=。最終求得Ct= 7、電流誤差放大器的補(bǔ)償。在開關(guān)切換頻段的放大器增益：計(jì)算電感電流下降時(shí)在

6、檢測電阻兩端所造成的跨壓，然后再除以開關(guān)頻率，即：,計(jì)算得到這個(gè)電壓必須等譯 Vs的峰值電壓的大小值，而電壓Vs是電容上的電壓，因此電壓誤差放大器的增益可表示為：Gca=，計(jì)算得到Gca=回饋電阻Rcz，設(shè)計(jì)中將 Rci=Rmo=Rcz電流回路的交越頻率fci=根據(jù)計(jì)算得到fci=電容Ccz的選擇。選擇相位邊界為45 °，將零點(diǎn)設(shè)定在回路交越頻率上Ccz=計(jì)算得到Rcz=20K計(jì)算得到Ccz=507pF，實(shí)際電路中選取 Ccz=620pF電容Ccp的選擇。其極點(diǎn)的位置必須高于fs/2。因此Ccp計(jì)算得到Ccp=，實(shí)際電路中選取 62pFo 8、諧波失真 預(yù)估計(jì)：輸入電壓所造成的諧波電

7、壓頻率為三次諧波；對輸出電壓紋波而言，每1%的誤差放大器輸出的二次諧波將會(huì)造成%的輸入電流三次諧波，對前饋電壓Vff來說，輸入電壓 Vff的二次諧波每增加1%輸出電流的三次諧波便會(huì)增加 1%在 本次設(shè)計(jì)中輸入電流紋波的三次諧波必須低于3%將其中的分配給Vff輸入，分配給輸出紋波電壓，其余的 則分 配給非線性因素。9、電壓誤差放大器補(bǔ)償設(shè)計(jì)輸出紋波電壓。輸出紋波電壓可下式確定，fr為二次諧 波的紋波頻率。Vo= 計(jì)算得到Vo(pk)=放大器輸出紋波電壓與增益Vo(pk)為電壓誤差放大器輸出電壓所決定的紋波電壓 最大值。因此下面一關(guān)系式?jīng)Q定電壓誤差放大器在二次諧波 頻段的增益。Gva對于3854而

8、言，Vvao=5-1=4V，誤差分配得到 的Ripple=%因此得到的 Gva=回饋網(wǎng)路數(shù)值。找出設(shè)定電壓誤差放大器增益數(shù)值，其中Rvi數(shù)值的選擇較有彈性本設(shè)計(jì)中選取 Rvi=511K Cvf計(jì)算得到Cvf=，實(shí)際電路中選用Cvf=。設(shè)定直流輸出電壓Rvd求得極點(diǎn)頻率。fvi2= 計(jì)算得到fvi= 求Rvf Rvf計(jì)算得到Rvf=177K，實(shí)際電路中選用 174K的電阻。=實(shí)際選用Rvd=10K電阻。10、前饋電壓分壓電容器。這些電容器決定Vff對交流輸入電流三次諧波失真的貢獻(xiàn)量。先決定需要衰減的量，整 流線電壓的二次諧波含量為 % %THD是誤差預(yù)估計(jì)時(shí)分配得 到的% 此可知諧波失真比例為：

9、Gff=%THD/%計(jì)算得到Gff=基于UC3854的Boost APFC電路設(shè)計(jì)與仿真030720XX4張文彬一、設(shè)計(jì)要求1、最大輸出功率為 Pom=250W2、 輸入交流典范范圍 UN=V3、電網(wǎng)頻率范圍為：f=Hz 4、 輸出直流電壓：Uo=400V5、控制電路載波頻率 fc=100kHz 6、 網(wǎng)測輸入電流峰值 INm=|U=80VN7、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)二、設(shè)計(jì)過程：1、電感選擇：假設(shè)輸入功率等于輸出功率，則最大的線電流峰值：lpk2PinVinmin一般取最大峰值電流的20%為電感電流紋波，所以 輸入最小電壓的峰值為 Vinp=113V計(jì)算得到最大占空比： D最終取D=電感最終L=1mH

10、LVinpDfsHlpkVoVinpVo2 、選擇輸出電容：CoCo的典型值為每瓦特1uF到2uF之間，如果考慮維持時(shí) 間，則使用如下公式：取 Pout=250W。Co2Poutt(Vo)2V12，V1=350V,則得到 Co=453uF，最終 取 Co=450uF3、電流檢測電阻，在本次設(shè)計(jì)中采用電阻檢測電流， 設(shè)計(jì)起來簡單方便，但是在大功率的情況下，使用電阻檢測 法帶來的損耗大，可以考慮使用比流器法。使用電阻檢測法的典型壓降值為IV，即Vrs=1 V。先找出電流峰值：IpkIpkmaxlpkl2 計(jì)算得到lpk=，實(shí)際計(jì)算參數(shù)時(shí)，取 lpk(max)=5A Rs=Vrs/lpk(max)=

11、 。實(shí)際設(shè)計(jì)電路中，選取 Rs=故 Vrs=4、設(shè)定獨(dú)立的電流峰值限制，這里的 Rpk1和Rpk2為 分壓電路的電阻。 選擇一個(gè)過載電流的峰值：Ipk(ovld)； Rpk1的典型值為10K。VrsovIdlpkovIdRs計(jì)算得到：Vrs(ovld)= 根據(jù)：得到Rpk2= 5、乘法電路的設(shè)定乘法電路的操作可下述方程得知，Imo是乘法電路的輸出電流，Km為1， lac是乘法電路的輸入電流， Vff是前饋 電壓，而Vvea是電壓誤差放大器的輸出。lmoKmlacVvea1(Vff)2Rpk2VrsovldRpk1Vref 前饋電壓 的分壓電路：將輸入電壓 Vin的均方根值轉(zhuǎn)為整流輸入電壓 的平

12、均電壓值。在 Vin(min)時(shí)，Vff的電壓值必須為，而在 另一分壓節(jié)點(diǎn)Vffc必須為。而Vin的平均值可下述的方程 求的，其中Vin(min)是交流輸入電壓的端的均方根值：VffVinavVinmin72VinavRff3Rff1Rff2Rff3VinavRff3Rff1Rff2Rff3VffcVinavRff2Rff3Rff1Rff2Rff3于是得到取 Rff1=910K，Rff2=91K，Rff3=20K 電阻 Rvac 的 選擇。找出最大輸入線電壓峰值Vpk(max)=Vin(max)=270V,計(jì)算得到 Vpk(max)=382V乘法電路最大輸入電流的在分壓后為600uA因此：計(jì)算

13、得到Rvac=636K,在實(shí)際電路中，選取 Rvac=620K 實(shí)際電路中選用 Rb1=150&電阻Rb1的選擇：Rb1=電阻Rest的選擇。電流Imo不能比流經(jīng)Rest上的電流大出2倍，要先找 出在Vin是的乘法電路的輸入電流 Iac，然后計(jì)算得到Rest。 Iac(min)=Rest=最終算得Rest=，實(shí)際電路中選用電阻Rest=1OK。電阻Rmo的選擇。在輸入電壓為最低值時(shí)，電阻Rmo兩端的電壓必須與電阻Rs在達(dá)到電流峰值限制時(shí)兩端的電壓相同Rmo=6、振蕩頻率：Ct最終選取Rmo=。最終求得Ct= 7、電流誤差放大器的補(bǔ)償。在開關(guān)切換頻段的放大器增益：計(jì)算電感電流下降時(shí)在檢測

14、電阻兩端所造成的跨壓，然后再除以開關(guān)頻率，即：,計(jì)算得到這個(gè)電壓必須等譯 Vs的峰值電壓的大小值，而電壓Vs是電容上的電壓，因此電壓誤差放大器的增益可表示為：Gca=，計(jì)算得到Gca=回饋電阻Rcz，設(shè)計(jì)中將 Rci=Rmo=Rcz電流回路的交越頻率fci=根據(jù)計(jì)算得到fci=電容Ccz的選擇。選擇相位邊界為45 °，將零點(diǎn)設(shè)定在 回路交越頻率上Ccz=計(jì)算得到Rcz=20K計(jì)算得到Ccz=507pF，實(shí)際電路中選取 Ccz=620pF電容Ccp的選擇。其極點(diǎn)的位置必須高于fs/2。因此Ccp計(jì)算得到Ccp=,實(shí)際電路中選取 62pF。8、諧波失真預(yù)估計(jì)：輸入電壓所造成的諧波電壓頻率

15、為三次諧波；對輸出電壓紋波而言，每1%的誤差放大器輸出的二次諧波將會(huì)造成%的輸入電流三次諧波，對前饋電壓Vff來說，輸入電壓 Vff的二次諧波每增加1%輸出電流的三次諧波便會(huì)增加1%在本次設(shè)計(jì)中輸入電流紋波的三次諧波必須低于3%將其中的分配給Vff輸入，分配給輸出紋波電壓，其余的則分配給非線性因素。9、電壓誤差放大器補(bǔ)償設(shè)計(jì)輸出紋波電壓。輸出紋波電壓可下式確定，fr為二次諧 波的紋波頻率。Vo=計(jì)算得到Vo(pk)=放大器輸出紋波電壓與增益Vo(pk)為電壓誤差放大器輸出電壓所決定的紋波電壓最大值。因此下面一關(guān)系式?jīng)Q定電壓誤差放大器在二次諧波 頻段的增益。Gva對于3854而言，Vvao=5-1=4V，誤差分配得到 的Ripple=%因此得到的 Gva=回饋網(wǎng)路數(shù)值。找出設(shè)定電壓誤差放大器增益數(shù)值，其中Rvi數(shù)值的選擇較有彈性本設(shè)