开关电源及有源功率因数校正技术.ppt

每个时钟脉冲到来时，S1断开积分器开始积分，当两者相等时，比较器翻转，输出低电平，S1闭合，积分器开始复位。常用芯片为IR1150 APFC的发展趋势 寻求更加简化的控制策略、降低PFC成本、减小THD和EMI、降低器件开关应力、提高整机效率仍然是今后APFC控制策略的发展趋势。 中大功率的电力电子设备在电网中占有很大比重，因此，三相APFC应是APFC研究的重点。 随着三相APFC整机成本的提高和开关频率的降低，依托高速的数字处理器，数字控制成为发展的主流。 由于各种控制策略都有优缺点，将各种控制策略合理搭配，取长补短，可以得到理想的控制效果，这也是控制技术发展的个方向。 第3章 开关电源中高频磁元件的设计 3.1 磁性材料概述 3.2高频变压器磁芯的选择 3.3高频变压器的设计 3.3电感器和反激变换器设计 3.1 磁性材料概述 ◆ 磁性元件在开关电源中的应用 磁性元件是储能、转换及隔离所必备的元件，常把它作为变压器或电感器来使用。 ?当变压器主要用于电气隔离，能量传递，升降压以及电压电流测量。 ?当电感器主要用于储能、滤波，抑制电流尖峰，与电容产生谐振，实现软开关。 3.2高频变压器磁芯的选择 ◆ 高频变压器所用磁性材料 磁芯是制造高频变压器的重要组成材料，设计合理、正确地选择磁芯材料参数、结构，对变压器的性能和可靠性以及电源整机的性能至关重要。 一、高频变压器对磁芯材料的要求 ?具有高的磁感应密度Bs。铁芯尺寸一定时，工作磁感应密度越高，可传输的功率越大。同等功率传输条件下，铁芯的体积和重量可以减少。 ?具有低的铁损PC。铁损包括磁滞损耗、涡流损耗等。磁阻损耗是由于磁性材料在磁化过程中的不可逆现象造成。其数值正比于磁滞回线的面积。涡流损耗是由于交变磁通在磁芯中产生交流电势而引起涡流所致的损耗。涡流损耗与电阻率成反比。因此，高频变压器应选用磁滞回线窄、电阻率高、密度大的材料。 ?具有高的磁导率μ 磁导率是衡量物质对磁场所呈现的性质的物理量。 磁导率虽然与变压器传输功率没有直接关系，但在高频变压器设计时，还是希望选用磁导率高的磁芯材料。在磁芯尺寸一定的条件下，磁导率越高，电感量越大，磁化电流减小。在同等电感量L下， μ值大，线圈的匝数可以减少。这在单极性变换器中，变压器初级电感储能要求尤为重要。 3.2高频变压器磁芯的选择 ?磁芯的结构要合理。选择磁芯结构考虑的因素主要有：低的漏磁和漏感；有利于散热；绕制工艺简单，装配容易方便等。 ?其他性能要求，如好的机械特性；小的工作噪声；宽的工作频率范围；好的温度稳定性以及好的性价比等。 二、开关电源变压器常用磁芯材料 开关电源高频变压器所用磁芯材料，大多数是采用低磁场下使用的软磁材料，它具有高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。这类磁芯材料的种类、规格繁多，性能参数指标各异，需要根据具体情况进行选取。 3.1高频变压器磁芯的选择 目前开关电源中变压器的磁芯材料大多采用软磁铁氧体材料。铁氧体材料的特点是：电阻率高，交流涡流损耗小，价格低、易于加工成各种形状结构的磁芯。不足之处是：饱和磁感应密度低，磁导率不高，磁性能对温度的变化较敏感。 在大功率开关电源中，因为铁氧体的磁通密度低，磁芯的体积、重量加大，绕组所用铜材增加，其价格优势无法显露，小型化，轻量化受到限制。因此，非晶、超微晶磁性材料受到青睐。这类材料除电阻率低外，综合性能比铁氧体优异，但价格要贵（随着工艺发展，其价格也是逐渐降低）。同时，节能是非晶、超微晶磁性的优势。所以，非晶、超微晶将成为高频大功率开关电源变压器磁芯材料的最佳选择。 3.1高频变压器磁芯的选择 设计变压器时，应当预先知道电路拓扑结构、工作频率、输入输出功率，同时还应当知道所设计的变压器允许多大损耗。总是以最坏情况设计变压器，保证设计的变压器在规定的任何情况下都能正常工作。 ◆ 变压器设计一般问题 ?变压器寄生参数及其影响 （1）漏感。漏感储存的能量与负载电流和线圈电流的平方成正比。漏感阻止开关和整流器电流的瞬态变化，使输出特性变软。 （2）激磁电感 激磁电感和漏感能量在开关转换瞬时引起电压尖峰，是EMI的主要来源。通过缓冲电路解决，但也有损耗，因此漏感和激磁电感降低变换器的效率。 3.2高频变压器磁芯的选择 ?温升和损耗 在设计开关电源开始时，根据输出功率，输入输出电压和电压调节范围，环境条件等因素，设计者凭经验或参照同类样机，给出一