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功率电感:最优的190 W纤薄PFC电源段方案选择(一)

时间:2014-11-26 11:06:48 点击:
    大多数功率因数校正(PFC)电源段采用临界导电模式(CrM)工作,这种模式控制功率电感电感器生产厂家电流从零跃升至期望的峰值电平,然后又降至零。由于这种模式依赖于电流周期的时长,故开关频率以交流线路电流需求的函数形式变化。不利的是,功率需求较低时,从交流线路流入的电流较小,开关频率“飙升”。这样一来,采用大电感就是将开关损耗和干扰降到可接受水平的唯一方式。

  频率钳位临界导电模式(FCCrM)是安森美半导体NCP1606或NCP1631等控制器嵌入的一种技术。采用这种模式工作时,在高负载条件下,功率因数校正段以CrM工作,但在中等负载/轻载条件下( ),限制开关频率以提升能效。与传统CrM电路相比,FCCrM支持使用更小的电感(见参考资料[1])。实际上,交错式FCCrM PFC似乎进一步缩减了磁性元件的尺寸及成本。这些优势在190 W低高度电源中得以展现。

  本文在参考资料[1]所示文章基础上进一步推进研究,在相同的190 W宽主电源输入范围、最大厚度13 mm的应用中探究总体PFC成本问题。

  电感考虑事项表1重提了参考资料[1]的主要结论。由于FCCrM钳位开关频率,就不需要大电感来拉低CrM开关频率范围。因此,FCCrM大幅减小PFC段电感尺寸,采用交错式FCCrM方案时尤为如此。事实上,如表1所述,可以选择下述磁性元件用于190 W(输入功率)、宽主电源范围、最大厚度13 mm的电视应用:

  •CrM方案:两个EFD30串联

  •FCCrM方案:单个EFD30

  •交错式FCCrM方案:两个EFD20(每个支路一体成型电感生产厂家一个)

 

  

 

  横向比较

 

  下一步,为了比较不同方案,我们以300 W的46英寸液晶电视电源参考板(见参考资料[2])作实验来比较这三种PFC方案。此参考板由安森美半导体开发,嵌入了由NCP1631(见参考资料[3])驱动的FCCrM交错式PFC。我们利用这电路板来比较我们190 W应用的三种方案。由于本应用中集成的电感与表1中定义的电感不同(本应用中原线圈尺寸针对的是300 W功率),首要修改此应用,确保能够使用2个EFD20元件。第二步, 动态地调节电路,测试CrM和FCCrM单相方案。就每项测试而言,PFC段的插件电感制造商设计要使得三种方案的能效保持在接近相同的水平。

  在图1中,我们可以看到采用调整后的交错式配置的电路板,这可从两个“飞跨”(flying)电感得到证实;图2显示的则是如何应用CrM控制器(即NCP1607,见参考资料[4]),而非原有的NCP1631交错式驱动器。

 

  

 

  


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