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1、UC3854 Boost型APFC電路設(shè)計基于UC3854的Boost APFC電路設(shè)計與仿真030720XX4張文彬一、設(shè)計要求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 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)計中采用電阻檢測電流, 設(shè)計起來簡單方便,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 計算得到Ipk=,實際計算參數(shù)時,取 lpk(max)=5A Rs=Vrs/lpk(m
3、ax)=。實際設(shè)計電路中,選取Rs=故 Vrs=4、設(shè)定獨立的電流峰值限制,這里的 Rpk1和Rpk2為分壓電路的電阻。選擇一個過載電流的峰值:Ipk(ovld);Rpk1的典型值為10K。VrsovIdlpkovIdRs計算得到: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,Vff的電壓值必須為,而在 另一分壓節(jié)點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
5、算得到Rvac=636K,在實際電路中,選取 Rvac=620K 實際電路中選用 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,然后計算得到Rest。 Iac(min)=Rest=最終算得Rest=,實際電路中選用電阻Rest=1OK。電阻Rmo的選擇。在輸入電壓為最低值時,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:計算電感電流下降時在
6、檢測電阻兩端所造成的跨壓,然后再除以開關(guān)頻率,即:,計算得到這個電壓必須等譯 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=,計算得到Gca=回饋電阻Rcz,設(shè)計中將 Rci=Rmo=Rcz電流回路的交越頻率fci=根據(jù)計算得到fci=電容Ccz的選擇。選擇相位邊界為45 °,將零點設(shè)定在回路交越頻率上Ccz=計算得到Rcz=20K計算得到Ccz=507pF,實際電路中選取 Ccz=620pF電容Ccp的選擇。其極點的位置必須高于fs/2。因此Ccp計算得到Ccp=,實際電路中選取 62pFo 8、諧波失真 預(yù)估計: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增加 1%在 本次設(shè)計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)計中選取 Rvi=511K Cvf計算得到Cvf=,實際電路中選用Cvf=。設(shè)定直流輸出電壓Rvd求得極點頻率。fvi2= 計算得到fvi= 求Rvf Rvf計算得到Rvf=177K,實際電路中選用 174K的電阻。=實際選用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)估計時分配得 到的% 此可知諧波失真比例為:
9、Gff=%THD/%計算得到Gff=基于UC3854的Boost APFC電路設(shè)計與仿真030720XX4張文彬一、設(shè)計要求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 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)計中采用電阻檢測電流, 設(shè)計起來簡單方便,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 計算得到lpk=,實際計算參數(shù)時,取 lpk(max)=5A Rs=Vrs/lpk(max)=
11、 。實際設(shè)計電路中,選取 Rs=故 Vrs=4、設(shè)定獨立的電流峰值限制,這里的 Rpk1和Rpk2為 分壓電路的電阻。 選擇一個過載電流的峰值:Ipk(ovld); Rpk1的典型值為10K。VrsovIdlpkovIdRs計算得到: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,Vff的電壓值必須為,而在 另一分壓節(jié)點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:計算
13、得到Rvac=636K,在實際電路中,選取 Rvac=620K 實際電路中選用 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,然后計算得到Rest。 Iac(min)=Rest=最終算得Rest=,實際電路中選用電阻Rest=1OK。電阻Rmo的選擇。在輸入電壓為最低值時,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:計算電感電流下降時在檢測
14、電阻兩端所造成的跨壓,然后再除以開關(guān)頻率,即:,計算得到這個電壓必須等譯 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=,計算得到Gca=回饋電阻Rcz,設(shè)計中將 Rci=Rmo=Rcz電流回路的交越頻率fci=根據(jù)計算得到fci=電容Ccz的選擇。選擇相位邊界為45 °,將零點設(shè)定在 回路交越頻率上Ccz=計算得到Rcz=20K計算得到Ccz=507pF,實際電路中選取 Ccz=620pF電容Ccp的選擇。其極點的位置必須高于fs/2。因此Ccp計算得到Ccp=,實際電路中選取 62pF。8、諧波失真預(yù)估計: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增加1%在本次設(shè)計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)
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