Boost电路参数的设计(电感,电容).pdf

2系统设计
2.1Boost升压电感的设计
要想设计出性能优良的PFC电路，除了IC外围电路各元件值选择合理外，还需特别认真选择Boost升
压储能电感器。它的磁性材料不同，对PFC电路的性能影响很大，甚至该电感器的接法不同，且会明显
地影响电流波形;另外，驱动电路的激励脉冲波形上升沿与下降沿的滞后或振荡，都会影响主功率开关管的
最佳工作状态。当增大输出功率到某个阶段时，还会出现输入电流波形发生畸变甚至出现死区等现象。因
此，在PFC电路的设计中，合理选择BoostPFC升压电感器的磁心与绕制电感量是非常重要的。电感值
的计算以低输入电压Uin(peak)和对应的最大占空比Dmax时保证电感电流连续为依据，计算公式为：

式中Uin(peak)———低输入交流电压对应的正弦峰值电压，V
Dmax———Uin(peak)对应的最大占空比
ΔI———纹波电流值，A;计算时，假定为纹波电流的30%
fs———开关频率，Hz
占空比的计算公式为：

若输入交流电压为220V(最低输入电压为85V)，输出直流电压为390V，开关频率为fs=50kHz，
输出功率Po=350W，则可计算得到Dmax=0.78，纹波电流为1.75A，从而求得电感值L3=713μH，
实际电感值取为1mH。
由于升压电感工作于电流连续模式，需要能通过较大的直流电流而不饱和，并要有一定的电感量，即
所选磁性材料应具有一定的直流安匝数。
设计中，升压电感器采用4块EE55铁氧体磁心复合而成，其中心柱截面气隙为1.5mm，Boost储
能电感器的绕组导线并不用常规的多股0.47mm漆包线卷绕，而是采用厚度为0.2mm、宽度为33mm
的薄红铜带叠合，压紧在可插4块EE55磁心的塑料骨架上，再接焊锡导线引出，用多层耐高压绝缘胶带
扎紧包裹。去消用薄铜带工艺绕制的Boost储能电感，对减小高频集肤效应、改善Boost变换器的开关调
制波形、降低磁件温升均起重要作用。
2.2输出电容设计
直流侧输出电容具有2个功能:
(1)滤除由于器件高频开关动作造成的直流电压的纹波;(2)当负载发生变化时，在整流器的惯性环节
延迟时间内，将直流电压的波动维持在限定范围内。
开关动作造成的纹波频率比较高，只需要较小的电容就可以满足第1项要求。第2项要求与负载功率
变化的大小、输出直流电压、输出纹波电压和保持时间Δt等因素有关，其中Δt一般取为15～50ms。
用Δt表达的输出电容值为：

式中Δt———保持时间，电网断电后要求电容在时间Δt内电压不低于一定值
Uo———直流输出电压
Uomin———要求电网断电后，在保持时间内电容电压的最小值
按照降额使用的原则，该方案采用－20%的安全范围，在最小保持时间条件下计算可得Co=357μF，
实际选用的标准电容值为Co=470μF。
2.3电流环与过流保护
电流环包括电流平均放大、脉宽调制(PWM)、外部升压电感和外部电流传感电阻等环节。
从电流传感电阻检测到的负极性信号送入ISENSE引脚进行缓冲、反相放大后，得到的正极性信号通
过电流放大器(gmi)进行平均，其输出即为ICOMP引脚，ICOMP引脚上的电压与平均电感电流成比例，
该引脚对地(GND)外接一电容，提供电流环路补偿并可对纹波电流进行滤波。平均电流放大器的增益由
VCOMP引脚内部的电压决定，该增益设置为非线性，故可适应全球范围内的交流输入电压。无论芯片处
于故障模式还是待机模式，ICOMP引脚均在内部接至4V电平。
脉宽调制(PWM)电路将ICOMP引脚电压信号与周期性的斜坡信号比较，产生上升沿调制的输出信号，
若斜坡电压信号大于ICOMP引脚电压，则PWM输出为高电平，斜坡的斜率是内部VCOMP引脚电压的
非线性函数。
由内部时钟触发的PWM输出信号在周期开始时为低电平，该电平会持续一小段时间，称之为最小关
断时间(tOFF(min));然后，斜坡电压信号线性上升与ICOMP电压交叉，斜坡电压与ICOMP电压的交叉
点决定了关断时间(tOFF)，也即DOFF，由于DOFF满足Boost拓扑结构的方程:DOFF=UIN/UOUT，
且输入UIN是正弦电压，ICOMP与电感电流成比例，控制环路会迫使电感电流跟随输入电压呈现正弦波
形以进行Boost调制，因此平均输入电流也呈现正弦波形。
PWM比较器的输出送入栅极(GATE)驱动电路，虽然芯片的驱动电路具有多种保护功能，且栅极输
出的占空比最高可达99%，但始终要存在一最小关断时间(tOFF(min))。正常占空比工作时，输出过压保
护(OVP)、峰值电流限制(PCL)等，在每一周期均可直接关断芯片的栅极输出，欠压锁定(UVLO)、输入掉
电保护(IBOP)和开环保护/待机(OLP/Standby)等同样也