临界连续Boost电路如何精准确定电感输出电压?
在Boost电路的PFC电感计算过程中,输出电压是一个非常重要的参数,工程师需要依据相应公式进行精确计算。本文将会通过对临界连续Boost电感输出电压的计算和确定过程进行简析,帮助新人工程师快速掌握精准计算方法和基础公式。
在临界连续Boost电路中,其电感的导通伏秒应当等于截止时伏秒,此时有公式:
在上述公式的基础上,我们依据该公式给出的条件进行变换,可得到计算方法为:
此时,整个电路的开关周期可通过公式代入计算为:
通过对上述公式的推理和计算后,我们可以很明的看到,在临界连续Boost中输出电压Uo一定大于输入电压Uip,如果输出电压接近输入电压,在输入电压峰值附近截止时间远大于导通时间,开关周期很长,即频率很低。如果首先决定最低输入电压对应的导通时间为TonL,最高输入电压的导通时间可计算为:
通过对上文中所提供公式的进行计算,工程师就可以很精确的得到开关周期频率与不同电压比的关系。
在这里我们可以通过一个案例来做更进一步的解析。我们首先假定导通时间为10μs,则1.414Uimin/ Uo=0.65,此时如果输入电压在±20%范围变化,最低输入电压为220×0.8,输出电压为Uo=1.414×220×0.8/0.65=383V。周期为10/0.35=28.57μs,频率为35kHz。在15°时,周期为12μs,相当于开关频率为83kHz。在最高输入电压时,代入公式进行计算后可得到最高电压导通时间可计算为(0.8/1.2)2×TonL=4.444μs,在峰值时的开关周期为T=Tonh/(1-1.414×1.2×220/383)=176μs,相当于开关频率为5.66kHz。
在这个案例中,如果我们将输出电压提高到410V,那么通过计算可得出最低输入电压时开关周期为25.45μs,开关频率为39.3kHz。15°时为11.864μs,开关周期为84.5kHz。输入最高电压峰值时,周期为49.2μs,开关频率为20.3kHz。频率变化范围大为减少。即使在输入电压过零处,截止时间趋近零,开关频率约为100kHz。最高频率约为最低频率只有5倍。而在383V输出电压时,却为18倍。
通过以上计算我们可以看到,在临界连续Boost电路中提高输出电压,开关频率变化范围小,有利于输出滤波。但是功率管和整流二极管要更高的电压定额,导通损耗和开关损耗增加。因此在日常的工作运行中,当条件是220V±20%交流输入时,一般选择输出电压为410V左右。当条件是110V±20%交流输入时,输出电压一般会选择210V左右。
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