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2021.09.22 仿真

PFC电路:开关频率的调整

PFC电路的优化

PFC电路:开关频率的调整

此前,作为通过改变电路条件来优化电感电流纹波率的方法,我们介绍过调整电感器的电感值的方法。在这里将介绍另一种方法,即调整开关频率fSW的方法。工作模式以CCM(电流连续模式)为前提。

电路示例

该电路以Power Device Solution Circuit/AC-DC PFC的一览表中的仿真电路“A-6. PFC CCM Synchro Vin=200V Iin=2.5A”为例(参考图6)。
关于更详细的电路图,还可以通过这里查看。

在本例中,当改变了图6黄色框中的条件时,需要通过调整开关频率来优化电感电流的纹波率。可通过仿真来检验其结果。

ROHM Solution SimulatorのPower Device Solution Circuit PFCシミュレーション回路「A-6. PFC CCM Synchro CCM Vin=200V Iin=2.5A」および変更条件
图6:PFC仿真电路“A-6. PFC CCM Synchro Vin=200V Iin=2.5A”及改变条件

开关频率调整前的纹波率

图7表示调整开关频率fSW之前(默认值:100kHz)的电感电流IL。它的峰值为 IL_peak≈7.8A 。

スイッチング周波数fSW調整前(デフォルト値:100kHz)のインダクタ電流IL
图7:开关频率fSW调整前(默认值:100kHz)的电感电流IL

输入电流的峰值为Iin_peak=√2×Iin≈7.07A,根据这些条件,纹波率M计算如下:

PFC回路:スイッチング周波数の調整

于纹波率与通常的“小于30%”相比足够小,因此考虑通过降低fSW来优化纹波率,从而提高效率。fSW调整前的效率为 η=97.2% 。

开关频率的调整

开关频率fSW通常利用以下公式计算:

PFC回路:スイッチング周波数の調整

设 η=0.972、纹波率M为通常的30%(0.3),则fSW计算如下:

PFC回路:スイッチング周波数の調整

从计算结果来看,当改变为fSW=55kHz并重新进行仿真时,如图8所示,峰值电感电流变为IL_peak≈8.5A。在这种情况下,纹波率 M=(8.5-7.07)/7.07≈20.2%。效率为 η=97.3%,比fSW调整前提高了0.1%。通过仿真可以验证,通过这种fSW调整,可以获得适当的电感电流纹波率,同时还可提高效率。

スイッチング周波数fSWを55kHzに調整した場合のインダクタ電流IL
图8:将开关频率fSW调整为55kHz后的电感电流IL

关键要点:

・本文的示例表明,当改变了PFC Synchronous CCM电路中的工作条件时,通过调整开关频率,可以优化电感电流纹波率,同时可以提高效率。

・计算可以获得适当纹波率的开关频率,并通过仿真进行验证。