2500W并联交错PFC设计，计算过程，原理图，波形，实物图！

清6699

2500W并联交错PFC设计

出于应用要求，最近开发了一台2500W的功率因数校正PFC，在这里控制芯片用的是UCC28070。
电源要求

输入电压：85V-265V，输出390V。
PF：0.9-0.99，
效率：≥96%
输出功率最大3400W。
磁环电感采用2个40MM铁硅铝绕制电感量为300uH电感
实物图如下：

输出电容用了3个330UF的电容，相对来说有点偏小，因为这版设计是配套1500W逆变器后级用在在线式UPS上面，加上逆变桥的电容就能达到要求了。
整机发热方面最严重的还是整流桥堆，目前采用的是2个25A600V的桥堆并联，设计时没想50A的桥堆用到到2500W的时候热量还是挺大的，总体来说整机功率管的热量要小于桥堆。这是整机的一点不足之处。需要单独加以小风扇给桥堆散热。
下面是整机工作时的输入电压和输入电流波形：




从图中可以看出电流波形已经基本正弦化，同步于输入电压。
下图为PFC2个电感的电流波形：


这里没有上传细节电感电流展开的波形，实际中2电感电流是交错180度的。
下图为高压直流输出的电流波形：


从图中可以看出电流为跟随市电电压100HZ的电流波形。
下面是整机的原理图的主要部分。

我是用软件自动计算的，只要定义好参数，就可以自动显示结果，所以没有中间的计算步骤，需要自己仔细看了。


因为本机没有采用SIC整流二极管，所以频率不能太高。做到75KHZ为最高。
上面整机图片所用的是75KHZ的参数，此前做到100KHZ做过实验，普通快恢复在100KHZ下发热量极大。
所以用快恢复做的输出二极管建议频率为38KHZ-75KHZ，
本设计详细介绍63KHZ下各各参数的计算：
首先确定PFC2电感的电感量：





从图中计算公式上面的42.2uH为PFC电感的最低电感量，由于TI设计手册提到了电感的摆动，但是没有详细的计算公式，本人在网上也找不到相关资料介绍，所以这里凭经验选择250uH到300uH。实际所采用的是300uH电感来做PF。
下面计算出3.3KW时输出电容的大小：


从计算中得到电容为2110uF。
下面对功率器件选型，首先要计算出整机最大工作电流：




图中可以看出，MOS管的峰值电流达到53A，平均电流17.56A，所以要选择合适的功率机器，一般选择1.5-2倍的余量来设计，本案例中用到2只FQA28N50并联来做。当然也可以用其它型号单只MOS来做。
下面是输出整流二极管的选型：




我们可以选择10A-15A或以上二极管来做，本案例中利用了现有的RHRP30N60来做。
下面对电感电流检测互感器CT的设计：



本案例中使用1：200匝比的互感器，输出峰值电流为250MA。
从手册设计公式计算得到大约1：550的匝比，就方便而选型，我这里用到1：200。而且TI手册推荐互感器匝比在50-200之间。所以我这里没有用到公式来选型。



从公式计算得到互感器电感量最少不能低于7.6MH，实际我们选择的互感器电感量是135MH左右，相差还是甚远。
所以有时候还是得灵活运用。
下面计算出电流采集电阻RS的选择




根据计算，整流二极管的耐压不得低于115V。那么我们选型就有个标准参考了.








下面计算出峰值电流限制3.7V的分压电阻以及频率占空比的电阻：



下面对电压反馈量的计算，得到分压网络的电阻值：




下面对电压反馈比较起输出端的电压环路进行设置：









通过计算，我们按照标准原件值来选择得到：
RZV=100k,CPV=1.5NF,ZCV=1.5UF(利用1uF和474来并联得到)
下面对RSYN电阻计算进行选型：



下面计算出IMO电阻的值：



下面我们对CAO的各项原件值大小进行计算：







通过计算，我们很容易得到RZC,CZC,CPC元件的值。
下面我们对软启动时间对软启动电容值进行选型：



下面我们对降低EMI干扰的频率抖动参数进行计算：


总结：
通过一些列的计算，是不是把复杂的原件变得简单化。
之前这台PFC在设计过程中，正式因为想偷懒，没有计算，导致我折腾很长时间。这次把自己的设计过程跟大家分享，就是不想大家在设计过程中走太多弯路。本人对PFC研究不深，如有什么不足之处，希望大家能及时指正。一起共同学习。

sokou

有没有交流三相380V转直流310V的方案？