隨著效率要求的逐步提高，無(wú)橋PFC得到越來(lái)越多的應(yīng)用。而無(wú)橋PFC中，圖騰柱PFC由于可以消除二極管的損耗而成為效率最高的PFC線路, 硅管做圖騰柱PFC，只能做CrM或者DCM，CCM下反向恢復(fù)損耗太大，效率沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。所以我們是用目前最新的GaN功率開(kāi)關(guān)器件來(lái)做，設(shè)計(jì)的是CCM totem Pole PFC，PWM開(kāi)關(guān)頻率是66KHz，輔助電源供電12VDC，輸入電壓85 Vac to 270 Vac, 47Hz to 63Hz ，PFC輸出電壓387Vdc+/- 5 Vdc。

此電路中的器件少，特別是單電感，適合高功率密度、高效率的設(shè)計(jì)。在交流輸入電壓的正負(fù)半周內(nèi)，由于工頻管D1/D2一直導(dǎo)通，所以不論D1/D2為快恢復(fù)二極管還是慢恢復(fù)二極管，此拓?fù)涠继烊坏慕鉀Q了EMC問(wèn)題。工頻管D1/D2可以進(jìn)行同步整流，從而也進(jìn)一步提高了圖騰柱無(wú)橋PFC的效率。

以前受到器件的限制，由于主開(kāi)關(guān)管的體二極管的反向恢復(fù)特性較差，所以圖騰柱無(wú)橋PFC只能工作在DCM，只適合中小功率的設(shè)計(jì)。要使圖騰柱PFC能夠工作在CCM模式，則需要用反向恢復(fù)特性極好的MOSFET，比如GaN FET、SiC FET，或者需要對(duì)圖騰柱電路進(jìn)行變形才可實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)PFC，需要采樣整流后的電壓信號(hào)，AC饅頭波； L>N的時(shí)候，可以正常采樣；N>L的時(shí)候，N線電壓將被鉗位到輸出電壓。

我們主控制器

MICROCHIP DSP dsPIC33CK256MP506采樣AC電壓不是采整流后的電壓信號(hào)，而是直接采樣EMI那部分的L和N線的電壓信號(hào)，為了實(shí)現(xiàn)高PF值，有時(shí)需要對(duì)Xcap進(jìn)行一定的算法上的補(bǔ)償。

此PFC電路可進(jìn)行交錯(cuò)并聯(lián)。交錯(cuò)并聯(lián)可以有效的降低PFC變換器的功率密度，同時(shí)交錯(cuò)并聯(lián)對(duì)效率的影響不大，其優(yōu)點(diǎn)如下：

能夠減小輸入電流的紋波，從而減小前端EMI部分中差模電感的體積。

能夠減小輸出電流的紋波，減小母線電容的容量和延長(zhǎng)母線電容的壽命。

能夠減小PFC電感的體積，降低了開(kāi)關(guān)器件的平均電流應(yīng)力。

通過(guò)一定的相位管理，能夠提高輕載時(shí)PFC電路的效率。

PFC的控制方式一般采用的是電流內(nèi)環(huán)，電壓外環(huán)的雙環(huán)控制方式。電壓外環(huán)被用來(lái)調(diào)整輸出電壓，電流內(nèi)環(huán)被用來(lái)控制輸入電流。我們主控制器MICROCHIP DSP dsPIC33CK256MP506內(nèi)部集成的數(shù)字電源專用零極點(diǎn)補(bǔ)償算法函數(shù)，對(duì)PFC的電壓電流環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，省去外圍很多補(bǔ)償器件。

在PFC電壓環(huán)控制中，軟件主要關(guān)注的就是Gcv(s)--電壓環(huán)的補(bǔ)償函數(shù)。電壓環(huán)帶寬設(shè)計(jì)在10Hz左右，避免對(duì)PFC輸入電流的調(diào)制作用。

在PFC電流環(huán)控制中，軟件主要關(guān)注的就是Giv(s)--電流環(huán)的補(bǔ)償函數(shù)，電流環(huán)帶寬設(shè)計(jì)在1/10~1/20開(kāi)關(guān)頻率處，電流環(huán)帶寬高，THD指標(biāo)好。

PFC電路顯著提高了電源模塊的THD,PF等指標(biāo)，改善了電網(wǎng)供電質(zhì)量，是中大功率電源必不可少的關(guān)鍵電路。隨著行業(yè)發(fā)展，高效高功率小體積是趨勢(shì)，PFC電路扮演著越來(lái)越重要的角色。

?場(chǎng)景應(yīng)用圖

?產(chǎn)品實(shí)體圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?礦機(jī)電源

?核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1、靈活的環(huán)路補(bǔ)償算法控制：

主控制器MICROCHIP DSP dsPIC33CK256MP506內(nèi)部集成的數(shù)字電源專用零極點(diǎn)補(bǔ)償算法函數(shù)，對(duì)PFC的電壓電流環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算。

2、高速DSP運(yùn)算：

Microchip 高性能數(shù)字電源專用控制器DSP工作頻率為100MHz，單指令周期運(yùn)行。

3、電流連續(xù)模式控制CCM：

可有利于提高PFC值。

4、高分辨率PWM驅(qū)動(dòng)：

PWM分辨率為250ps，開(kāi)關(guān)頻率選擇66KHz，以合適的開(kāi)關(guān)頻率提高電源轉(zhuǎn)換效率，保證良好的EMI特性。

5、專用ADC內(nèi)核與共享ADC模塊：

ADC轉(zhuǎn)換延時(shí)僅285ns。

6、采用GaN管提高轉(zhuǎn)換效率：

采用氮化鎵高頻化的無(wú)橋PFC后，體積大大變小，成本更有優(yōu)勢(shì)，大大減小了CCM模式下反向恢復(fù)損耗，效率也大大提高。

7、平滑的過(guò)零尖峰處理：

利用DSP控制零點(diǎn)正負(fù)半周切換時(shí)PWM啟停時(shí)刻，在過(guò)零點(diǎn)提前關(guān)閉，在過(guò)零點(diǎn)延后開(kāi)通。

8、支持USB通訊：

使用Microchip MCP2221，可通過(guò)USB通訊進(jìn)行在線升級(jí)和數(shù)據(jù)通信。

9、MPLAB X IDE 圖形化配置：

通過(guò)MPLAB X IDE 的MCC插件，以圖形化配置生成各類外設(shè)模塊的初始化代碼和底層驅(qū)動(dòng)，可極大降低軟件開(kāi)發(fā)難度，減輕工程師的開(kāi)發(fā)負(fù)擔(dān)，常規(guī)應(yīng)用無(wú)需看寄存器定義即可完成開(kāi)發(fā)。

?方案規(guī)格

輸入電壓：AC 85V~270V

最大功率：4KW

輸入電流：18A

輸出電壓：387VDC +/- 5 Vdc

PWM 頻率：66KHz

轉(zhuǎn)換效率：99%短時(shí)過(guò)載：19.8 A (rms) (2200 W at 115 Vac, 4400 W at 230 Vac)

USB在線升級(jí)：支持(使用MCC生成代碼)

環(huán)境溫度：小于50℃