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参考设计#高压PFC:采用MPF32010控制器实现无桥功率因数校正 (PFC)

eeDesign 2024-05-15 11:20 次阅读

1. 概述

1.1 简介

EVF32010-18831 评估板是一款基于图腾柱拓扑的 AC/DC 功率因数校正器。

图腾柱变换器已经存在多年,但直到最近它才真正流行起来。这种变换器的最大缺点是需要超快速晶体管来阻断高电压。如今,具有快速反向恢复能力的宽带隙晶体管出现,克服了这个短板。

凭借其简单性与高效率,图腾柱拓扑现在越来越普及。而针对特定图腾柱功率因数校正 (PFC) 控制器的专项开发以及适当的组件尺寸与选型都可以提高其稳健性。

此外,其集成 GUI也可显著缩短产品上市时间。

1.2. 功能特性

  • 标称条件下效率达98.5% 或更高
  • 标称条件下功率因数高于 99%
  • 3kW 额定功率
  • GUI 界面
  • 符合标准:
    • 谐波电流:IEC 61000-3-2
    • 传导 EMC:CISPR 32
    • 电压骤降:IEC 61000-4-11

1.3. 应用

EVF32010-18831
图1: EVF32010-18831

1.4. 系统描述

该变换器由一个主 PCB 和四个子板组成:

Hardware Diagram
图2: 硬件示意图

Figure 3: TP Simplified Circuit
图3: TP电路简图

功率级的主要元件包括一个电感、一个电容和一个受控全桥。连接到线圈的全桥分支采用碳化硅 (SiC) 器件实现,这些器件以高频 (65kHz) 开关。低频分支上的开关则以电网频率换向,可以采用二极管实现,不过首选Si 晶体管,因为后者具有更低的传导损耗。

图腾柱 PFC 的行为类似于升压变换器,其SiC 器件互补激活,Si 器件则用作电流的返回路径。有关变换器操作的更多详细说明,请参阅数据手册。

交错式升压 PFC有八个半导体器件,而图腾柱 PFC 只有四个。在这四个器件中,电流在任何给定时刻仅流过其中两个;相比之下,交错式升压 PFC 则有三个同时导通的元件。这也是为什么图腾柱拓扑具有更高整体效率的原因。

我们选择 UnitedSiC
的共源共栅(cascode)产品作为快速开关支路,因其在损耗和反向恢复方面具有极佳的性能,而且它无需负电压来关闭器件。因此,我们只需一个 12V
的辅助电压就可以驱动所有的晶体管(上管电源电压通过驱动器的自举操作获得)。这种简单性提高了系统的稳健性并显著减少了占板空间。其输入电压
(VIN) 由分压器检测,因此也无需添加比较器电路来检测极性,而是由控制器 PLL 来完成这个工作。

1.5. 相关解决方案

本参考设计基于以下 MPS 解决方案:

表1: MPS IC

MPS IC描述
MPF32010图腾柱控制器
MP18831-4CGY半桥驱动器
MCS1802GS-10直流电流传感器

2. 规格

2.1. 电气规格

表2: 电气规格

Parameters
输入电压(VIN)
频率
最大输入电流
功率因数(PF)
效率
输出电压(VOUT)
功率

图25: 独立效率

图28: 功率因数

[ 下载完整参考设计 ]
*附件:MPF32010 图腾柱参考设计.pdf

视频高压 PFC:采用 MPF32010 控制器实现无桥功率因数校正 (PFC)

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