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技术干货周刊奉上(PFC,开关电源,MOS)

2023-03-23 10:00 作者:电子星球-官方  | 我要投稿

基于输入阻抗控制策略的CCM PFC在高压和轻负载工况下的ithd优化与思考

作者:杨帅锅

在之前我提过普通定频控制的CCM PFC在高压和轻负载会进入DCM情况,此时DCM和CCM的电感电流平均值的计算方法不同导致电流波形存在很明显的畸变,因此如果可以在DCM区域补偿电流即可优化全负载范围的电流ithd。可见下图是高压输入的电流,黄色是电感电流,紫色是电流平均值,工作区域包含DCM和CCM。

而CCM:

因此工作的重点就是如何去补偿DCM的电流波形,是通过调频还是其它方法,这就是我们需要去努力研究和要解决的问题了。最近我对这个问题的思考终于有了一点点可行性的实现方法,我们可以来看看它的实现效果。

系统:AC 220V 50HZ/ LPFC 270UH/ FSW 66KHZ/ 1.6KW额定功率

(ithd 0.0382 ,满负载必须可以)

AC 220V 50HZ/ LPFC 270UH/ FSW 66KHZ/ 800W 50%功率

(过零点附近开始有DCM区域 ithd 0.0382 ,几乎没变化)

AC 220V 50HZ/ LPFC 270UH/ FSW 66KHZ/ 400W 25% 功率

(大部分都是DCM区域 ithd 0.045 ,依然优秀)

AC 220V 50HZ/ LPFC 270UH/ FSW 66KHZ/ 200W 20% 功率

(DCM区域 ithd < 5% ,依然优秀)

AC 220V 50HZ/ LPFC 270UH/ FSW 66KHZ/ 100W 10% 功率

(DCM区域 ithd < 7% ,秀的飞起)

小结:提出一种补偿DCM和CCM的电流方法,可以解决定频CCM PFC控制上高压和轻负载区域的电流谐波问题,并且无需采样电网输入电压。也很容易实现,是一种还可以的PFC控制方法……

原文链接:https://www.dianyuan.com/eestar/article-5964.html


开关电源环路学习笔记2:线性化条件

作者:硬件工程师炼成之路

秒针的速度

先来看这样的一个例子:

上面这个时钟,秒针能一秒发出一个“哒”声。我如果说秒针是匀速旋转的,大家应该没什么异议吧,秒针每过1秒转动1小格,确实是匀速旋转,即秒针转的弧度与时间是线性关系。

但是如果我说秒针是每时每刻都是匀速旋转的,那就不对了吧。仔细观察的话,这种时钟,实际是时间每过1秒,迅速转动一小格,然后等待一秒,到了一秒后马上又转动一小格,所以它的速度并不是每时每刻都是一样的,期间甚至有静止不动的时候,即秒针转的弧度与时间并不是绝对的线性关系。

总之,严格来说,秒针转的弧度与时间并不是线性关系,但是如果满足一定的条件——时间够长,我们把它当成线性关系去看待反而会使问题更为简单,在计算一定时间秒针转了多少圈这种问题时,得到的结果也能接受,误差并不太大。

类似时钟的例子,在满足一定条件的时候,开关电源也可以看成是线性系统。

那问题来了,这个一定条件,到底是什么条件呢?

开关电源线性化的条件

要知道线性化的条件,那自然要知道开关电源哪里不是线性的。我们还是以最常见的电压反馈型的buck为例子吧。

下图是电压反馈型的BUCK的系统结构框图

整个系统结构主要有4个部分:

1、采样网络

2、放大和补偿器

3、脉冲调制器

4、开关变换器

采用网络

采样网络一般就是指FB上面的两个分压电阻,采样网络的输入是电源的输出Vo,采样网络的输出是FB的电压,很明显,它们是线性的。

比如下面buck芯片MP1484电路,这一级的传递函数都能很容易写出来,是线性的……

原文链接:https://www.dianyuan.com/eestar/article-6001.html


基于输入阻抗控制的多模式混合PFC的控制

作者:杨帅锅

简单地说,混合PFC的控制策略就是操纵开关频率在正弦电压内进行变化来进行跨越多个区域,难点是多模式区域的增益不会统一,实现多模式优秀的电流控制效果就是难题,是需要我们思考和努力的地方了。

近几个月一直在思考这些问题,在最近突然灵光一闪,电石火光间好像找到了一种方法,下面可见控制效果。

备注:仅采样电感电流和输出电压,无输入电压的采样。

AC 110V// 50HZ /LPFC 330UH // POUT 1600W

CH1 红色 电网电压 绿色 电网电流

CH2 电感电流

CH3 VDS

CH4 PWM RAMP

(低压满负载启动)

放大到AC周期

(此时工作在最低开关频率40KHZ,全部处于CCM)

AC 110V// 50HZ /LPFC 330UH // POUT 800W

(此时工作在最低开关频率40KHZ,全部处于CCM)

AC 110V// 50HZ /LPFC 330UH // POUT 400W

(此时工作在最低开关频率40KHZ,全部处于CCM)

AC 110V// 50HZ /LPFC 330UH // POUT 200W

(此时工作在开关频率53~100KHZ,全部处于CRM)

AC 110V// 50HZ /LPFC 330UH // POUT 100W

(此时工作在开关频率130~100KHZ,处于CRM/DCM)

AC 220V// 50HZ /LPFC 330UH // POUT 1600W

(此时工作在开关频率40~45KHZ,处于CRM/CCM)

AC 220V// 50HZ /LPFC 330UH // POUT 800W

(此时工作在开关频率40~90KHZ,处于CRM/CCM)

AC 220V// 50HZ /LPFC 330UH // POUT 400W……

原文链接:https://www.dianyuan.com/eestar/article-5963.html


MOS驱动好不好,波形一看就知道

作者:硬件笔记本

如何从MOS管的驱动波形来判断驱动好不好,到底是哪里出了问题?本文分享几种常见的MOS管驱动波形。

基础知识

一般认为三极管是电流驱动型,所以驱动三极管,要在基极提供一定的电流。

一般认为MOS管是电压驱动型,所以驱动MOS管,只需要提供一定的电压,不需要提供电流。

实际是这样吗?

由于MOS管的制作工艺,决定了本身GS之间有结电容以及GD之间有弥勒电容,DS也有寄生电容,这使得MOS管的驱动变得不那么简单。

备注:如下图为软件绘制,示意图仅供参考,便于理解。

1、MOS正常驱动波形

描述:MOS一般是慢开快关,上升沿相对下降沿较缓,整体看起来近似方波,比较完美。

2、MOS驱动波形略微震荡

描述:肉眼可见这也是方波,上升沿和下降沿都比较陡峭,开关速度比较快,管子损耗小,只是管子有略微的震荡。

解决手段:适度加大栅极驱动电阻。

3、MOS驱动波形边沿缓慢

描述:波形的上升沿和下降沿非常缓慢,甚至可能近似三角波,可尝试将栅极驱动电阻减小,如果变化不大,很可能是驱动芯片的驱动能力不足引起。

解决手段:更换驱动能力较强的驱动芯片。


4、MOS驱动高频振铃

描述:可以看出,管子震荡的非常厉害,有很大一部分时间都工作在线性区,损耗非常大。用红外测温仪查看,管子秒秒钟温升几十度,断电稍微慢一点,管子就被热死了。

解决手段:这种情况一般都是布板的问题,不用调参数,调了也没用,只能重新画板子……

原文链接:https://www.dianyuan.com/eestar/article-6022.html



开关管的驱动器选型及驱动电路设计

作者:电源技能成长记

电源常用的开关器件有MOSFET、IGBT、SiC MOSFET和GaN,这几种器件均为电压驱动型器件,不同类型器件的驱动电路也不完全相同,比如MOSFET通常驱动电压为12V;IGBT驱动电压达到15V,SiC MOSFET驱动电压15~18V,需要负压关断;GaN根据电压等级和器件本身结构驱动电压不相同,200V以下器件用有6V,200V以上Cascode结构器件用15V。应用中,采用双脉冲实验测试开关管的动态性能,根据需求设计驱动电路和选择驱动器。

单管变换器只需要采用单通道驱动器即可,半桥驱动可以采用双通道驱动、自举驱动或推挽驱动等。先前在自学驱动电路时找到了一篇讲述各种驱动电路设计的文章《高速MOSFET门极驱动电路设计与应用指南》,文章中详细地讲述了各种形式驱动电路的原理和设计方法。

下面讲述一下自己在设计DAB变换器时对驱动电路的考虑,DAB变换器由变压器原副边两个全桥电路和磁性器件组成,两个全桥结构共有8只开关管,设计中为了简化驱动电路和提高驱动的可靠性,选择了隔离式双通道驱动器NSI6602(申请的样品)。之前做驱动和选择器件时,查阅国际大厂UCC系列的驱动,由于大环境影响,在价格和缺货的双重影响下,选择了国产器件的替代,找到了上述这款与UCC系列隔离双通道器件引脚功能对应的器件,在搭建变换器的过程中,该器件发挥了很大的作用,驱动稳定可靠(没有进行详细的动态测试)

该器件采用电容隔离方案,是一款高可靠性的隔离式双通道栅极驱动器IC,可以设计为驱动高达2MHz开关频率的功率晶体管。每个输出可以以快速的25ns传播延迟和5ns的最大延迟匹配来提供最大4A/6A的拉灌电流能力。

半桥驱动电路设计参考

参考设计

根据器件数据书册和参考设计电路研制了半桥驱动模块。测试了DAB变换器单移相调制时序……

原文链接:https://www.dianyuan.com/eestar/article-6021.html


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