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功率因數(shù)的簡介與應(yīng)用
何謂功率因數(shù)? ■周光祖
大多數(shù)的電子電路的設(shè)計(jì)者在做電路設(shè)計(jì)的時(shí)候,幾乎都不曾考慮功率因數(shù)(Power factor, P.F.).而功率因數(shù)也僅只于在學(xué)校電子課程內(nèi)P.F.=cosφ這個(gè)概念,而這個(gè)觀念只有在電流、電壓波形是理想正弦訊號(hào),這樣的定義才成立;然而在真實(shí)的狀況下,大部分的隔離式的電源供應(yīng)器(off-line power supply)都有一個(gè)非正弦波的輸入電流,這些電源供應(yīng)器的輸入端皆使用一個(gè)橋式整流器和輸入濾波電容(如圖1所示).
當(dāng)AC輸入電壓超過輸入電容兩端的電壓,才會(huì)產(chǎn)生輸入電流對電容充電,我們可從圖1看到在兩個(gè)電流峰值之間,負(fù)載吸引儲(chǔ)存在輸入電容的能量,而這個(gè)脈波電流的一次諧波有φ的相位落后,所以P.F.一定大于COSφ.根據(jù)歐洲IEC555-2的定義,對于主要的電源供設(shè)備有明確的諧波電流大小的限制.我們?nèi)绾味x功率因數(shù)呢?
實(shí)功(Real Power)
視在功率(Total Apparent Power)
若電流、電壓的波形皆是理想的正弦波,而電流波形落后電壓相位φ,所示功率向量可如圖2所示. 回到實(shí)際的的狀況下,電壓是一個(gè)理想的正弦波形而電流是一個(gè)非正弦波形,電壓波形的RMS值: Vpeak √2
而電流波形藉由富利葉轉(zhuǎn)換(Fourier transform)可以得到:
IRMS total=√I02+I12RMS+I22RMS+...+In2RMS 其中,I0是電流的DC成分,I1RMS是基波電流,其余是電流諧波;而對于一個(gè)純正的AC電流訊號(hào)I0=0,所以
IRMStotal=√I12RMSP+I12RMSQ+∞Σn=2In2RMS 而P=VRMS·I1RMS COSφ1,其中φ1是輸入電壓和基波電流的相位差,同理S=VRMS·IRMS total;
因此功率因數(shù)P.F.可利用下式得到:
我們再導(dǎo)入一個(gè)K參數(shù),所以
K= =COSθ
其中θ是失真角(distortion angle),若IRMS total的諧波成分趨近零,則K 1.因此我們可做個(gè)結(jié)論P(yáng).F.=COSθ·COSφ1,而功率向量表示如圖3所示,我們可由圖解中更清楚了解彼此的關(guān)系.
功率因數(shù)的實(shí)際意義
功率因數(shù)為1有什么好處?我們可以從使用者和電力公司兩方面來探討;首先在一個(gè)115VAC的電源插孔,一般可供給15A的電流給負(fù)載,在這種條件下一個(gè)沒有功因校正(Power factor Correction, P.F.C.)電路的電源供應(yīng)器(一般P.F.=0.6)其有效電流會(huì)從15A減至9A而已.舉例而言,一個(gè)電源插孔可同時(shí)供給4臺(tái)具有P.F.C.電路的電腦(280W)使用,但只能給兩部不含P.F.C.電路的電腦使用.而對于電力公司而言,虛功(Reactive Power, Q)和失真功率(distortion Power, D)是因?yàn)橹C波電流造成的,多余的功率損耗將減低電源網(wǎng)路的效率,而且電力公司必須使用較粗的電纜來傳輸電力;此外,諧波電流會(huì)造成電力污染,讓電力公司的電力控制較困難.在歐洲已定出EN60555和國際規(guī)范IEC 555-2來限制電源設(shè)備的諧波電流大小.根據(jù)筆者所知,歐洲對于燈具和大于70-80W的電器設(shè)備必須加裝P.F.C.電路才可以輸入,這項(xiàng)規(guī)定將在1998年施行,藉時(shí)號(hào)稱電腦王國的臺(tái)灣所產(chǎn)制監(jiān)視器(monitor)、電源供應(yīng)器(SMPS)...,皆必須有P.F.C.電路才能爭取更大的商機(jī).
功率因數(shù)的基本操作原理
一個(gè)功率因數(shù)矯正器(Power factor Corrector)基本上即是一個(gè)AC to DC的轉(zhuǎn)換器,所以與轉(zhuǎn)換式電源供應(yīng)器的架構(gòu)相同,如圖4是一個(gè)基本的功率因數(shù)矯正器的方塊圖.
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換式電源供應(yīng)器利用脈波寬度調(diào)變(Pulse Width Modulation)來調(diào)整輸入功率的大小,以供應(yīng)適當(dāng)?shù)呢?fù)載所需,脈波寬度調(diào)變器控制切換開關(guān)(通常利用Power MOSFET來達(dá)成)將DC輸入電壓切成一串電壓脈波,隨后利用變壓器和快速二極體將其轉(zhuǎn)成平滑的DC電壓輸出,這個(gè)輸出電壓隨即與一個(gè)參考電壓(這個(gè)電壓是電源供應(yīng)器應(yīng)該輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓值)做比較,所產(chǎn)生的電壓差回授至PWM的控制器,利用這誤差電壓訊號(hào)來改變脈波寬度的大小,如果輸出電壓過高,脈波寬度會(huì)減小,進(jìn)而減小電源供應(yīng),使得輸出電壓回復(fù)至正常輸出值.
一個(gè)P.F.C.也是利用這個(gè)方法,但是加入一個(gè)更先進(jìn)的元件使得來自AC電源的電流是一個(gè)正弦波并且與AC電壓同相位,此時(shí)誤差電壓訊號(hào)的調(diào)變是由整流后的AC電壓和輸出電壓的變化來控制,最后誤差電壓訊號(hào)回授至PWM控制器,也就是說當(dāng)AC電壓較高時(shí)P.F.C.電路就從AC電源吸取較多的功率,反之若AC電壓較低則吸引較少的功率,如此可以減少AC電流的諧波產(chǎn)生.
主要的功率因數(shù)矯正器之拓樸結(jié)構(gòu)
在圖5所示的拓樸結(jié)構(gòu)中,boost結(jié)構(gòu)操作在連續(xù)電流模式(也就是指在輸入端的電感電流在整個(gè)切換周期內(nèi)是連續(xù)導(dǎo)通的),利用輸入電容Ci可減少切換時(shí)所造成的雜訊回流至AC電源,此外,boost電感只儲(chǔ)存一小部分的轉(zhuǎn)換能量(因?yàn)锳C電源在電感去磁期間也就是MOSFET在OFF期間仍持續(xù)供給能量),所以與其他拓樸結(jié)構(gòu)相比,Boost拓樸結(jié)構(gòu)只需較小的電感.
因此Boost拓樸結(jié)構(gòu)是最便宜的P.F.C.解決之道,但是Boost結(jié)構(gòu)不提供突波電流和短路的保護(hù);buck/boost拓樸結(jié)構(gòu)也是常被使用,它的優(yōu)點(diǎn)是提供輸出、入的隔離和可調(diào)整的輸出電壓.
Boost電路的參數(shù)調(diào)整
這里就最常見的Boost P.F.C.(如圖6所示)做一些元件參數(shù)的探討:
·輸入電容Ci的值
·Boost電感Lb的電流漣波
·Boost電感和MOSFET的寄生電容
·操作頻率和頻率調(diào)變技術(shù)
1)輸入電容Ci值
跨在輸入電容兩端的雜訊正比于電流漣波的大小,而與電容值成反比.而輸入濾波電容Ci必須承受在MOSFET導(dǎo)通期間具有電壓漣波的瞬時(shí)輸入電壓,在最小額定輸入電壓VIrms(min)最差的情況將被發(fā)現(xiàn),所以Ci必須符合下式:
Ci Kr
其中Kr是電流濾波系數(shù),r= =0.02 to 0.08
而Ci的最大值將以不產(chǎn)生電流失真為原則.
2)在Boost電感的電流漣波
電流漣波是輸入電壓Vi,輸出電壓Vout,電感值Lb和切換頻率fsw的方程式,表示如下:
△i=
舉個(gè)例子來說,若Vi=300V, Vout=400V和Fsw=70KHz,設(shè)系統(tǒng)操作在連續(xù)電流模式(CCM),一般△i是1A,這也就表示Lb的值等于1mH.另一個(gè)假設(shè)若系統(tǒng)操作在不連續(xù)電流模式(DCM),△i約是6A,也就是說Lb=150mH.你將可從圖7看到這兩個(gè)不同電流模式的電感電流波形.
使用在連續(xù)模式所需的電感值大約是操作不連續(xù)模式的十倍左右,然而較低的電流濾波值表示可使用較便宜而有效率的鐵粉心(Iron Powder Core).當(dāng)漣波電流大于1A時(shí),較大的di/dt將導(dǎo)致集膚效應(yīng)(skin effect)的發(fā)生,這表示操作在不連續(xù)電流模式需要較昂貴的ferrite鐵心.
在鐵粉心的最大磁通密度較ferrite鐵心大的多,這表示在DCM和CCM這兩個(gè)狀況下所須的電感大小是相同的,所以操作在連續(xù)電流模式下盡管所需的電感值較大,但是我們可使用較便宜的元件來控制較小的電感電流漣波.
3)頻率調(diào)變的技術(shù)
切換頻率可以是固定或是變動(dòng)的;如果是變動(dòng)的,切換頻率可能是被控制的或是在設(shè)定的范圍內(nèi)自由變動(dòng),一個(gè)電路若使用變動(dòng)的頻率將使EMI和功率損耗降低,但是電路結(jié)構(gòu)較難去分析,且有時(shí)頻率特性很難去預(yù)測.
4)選擇切換頻率去符合功率元件
若固定的電流漣波,增加切換頻率將使boost的電感值降低,然而增加切換頻率將導(dǎo)致功率元件的功率損耗增加,在標(biāo)準(zhǔn)的boost P.F.C.電路,功率元件的導(dǎo)通損失比切換損失小,所以選用功率晶體的切換損失將限制切換頻率的增加,同樣地Boost輸出二極體的回復(fù)損耗的切換頻率也有同樣限制.
P.F.C.的操作
在功率因素矯正器動(dòng)作時(shí),必須保持下列情形:
1)電源的瞬時(shí)輸入電流要隨著電源的瞬時(shí)電壓而變動(dòng),以確保輸入電流是一個(gè)正弦波且與電壓同相位.
2)AC電源提供的方均根功率必須維持定值,即使是AC電壓有變動(dòng).這也表示當(dāng)輸入的AC電壓減少時(shí),AC電流必須增加.
3)不管負(fù)載如何變動(dòng),DC輸出電壓仍必須保持一定.舉例而言,若DC輸出電壓下降,則流經(jīng)負(fù)載的電流必須增加至電壓回復(fù)為止.
大部分的應(yīng)用中電壓誤差放大器對于輸入的AC電壓變化不能做任何補(bǔ)償,這是因?yàn)镻.F.C.的橋氏整流器輸出不是一個(gè)純DC,這個(gè)漣波是AC電源經(jīng)過半波整流的高壓訊號(hào)是不能被穩(wěn)壓電容給消除,而圖8所示我們可知控制IC有一個(gè)PIN做偵測此一漣波電壓的變化.
半波整流電壓變化和電壓回授的誤差電壓可調(diào)整參考電流的大小,隨后再與感應(yīng)的回路電流做比較去控制PWM的輸出,最后產(chǎn)生一個(gè)閘極驅(qū)動(dòng)訊號(hào)推動(dòng)MOSFET.
常用P.F.C.的控制IC
市面上常應(yīng)用在P.F.C.的IC有很多種,這里就SGS-Thomson公司的兩款I(lǐng)C-L4981與L6561做一些簡單的特性介紹并藉由一些測試的波形讓讀者更進(jìn)一步了解P.F.C.的效用.
首先,L4981可控制Boost P.F.C.電路達(dá)到0.99的功率因數(shù),在環(huán)球交流電壓輸入(Vac=85~265V)下,線電流的失真小于5%,而IC本身在順向回饋AC線電壓和負(fù)載變動(dòng)時(shí)具有自動(dòng)調(diào)整的功能,其他優(yōu)點(diǎn)如低起動(dòng)電流(一般0.3mA)、高電流的閘極驅(qū)動(dòng)輸出、低電壓鎖定、過電壓及過電流保護(hù),最后它有一個(gè)PIN來控制柔性起動(dòng)的時(shí)間.由于功能較多所以有20PIN,一般多用于100瓦以上的電源系統(tǒng)中例如大尺寸的監(jiān)視器、不斷電系統(tǒng)或者100瓦以上的電源供應(yīng)器.
L6561是應(yīng)小功率的P.F.C.電路而產(chǎn)生的,一般100瓦以下常使用它,因此它的設(shè)計(jì)以簡單方便著稱,相較于L4981,L6561只有8 PIN而本身是操作在不連續(xù)電流模式,在IC的內(nèi)部有輸出過電壓保護(hù)、低起動(dòng)電流和工作電流,而內(nèi)部的起動(dòng)振蕩器可在P.F.C.電路啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生閘極驅(qū)動(dòng)訊號(hào).圖9(a)、(b)是由SGS-Thomson提供的L4981之200W P.F.C. Demoboard和L6561的80W P.F.C. Demoboard所測得的AC電流及電壓波形,在滿載狀況下功率因數(shù)皆大于0.99.
結(jié)論
當(dāng)電路的體積大小和成本是你最大的考量,則P.F.C.電路是必須的;但是P.F.C.電路較傳統(tǒng)的SMPS的前級(jí)易產(chǎn)生較多的雜訊,所以在濾波電路的設(shè)計(jì)要多加考慮.倘若讀者對此深感興趣,可以上SGS-Thomson的Homepage去搜尋,網(wǎng)址是http://www.st. com.
何謂功率因數(shù)? ■周光祖
大多數(shù)的電子電路的設(shè)計(jì)者在做電路設(shè)計(jì)的時(shí)候,幾乎都不曾考慮功率因數(shù)(Power factor, P.F.).而功率因數(shù)也僅只于在學(xué)校電子課程內(nèi)P.F.=cosφ這個(gè)概念,而這個(gè)觀念只有在電流、電壓波形是理想正弦訊號(hào),這樣的定義才成立;然而在真實(shí)的狀況下,大部分的隔離式的電源供應(yīng)器(off-line power supply)都有一個(gè)非正弦波的輸入電流,這些電源供應(yīng)器的輸入端皆使用一個(gè)橋式整流器和輸入濾波電容(如圖1所示).
當(dāng)AC輸入電壓超過輸入電容兩端的電壓,才會(huì)產(chǎn)生輸入電流對電容充電,我們可從圖1看到在兩個(gè)電流峰值之間,負(fù)載吸引儲(chǔ)存在輸入電容的能量,而這個(gè)脈波電流的一次諧波有φ的相位落后,所以P.F.一定大于COSφ.根據(jù)歐洲IEC555-2的定義,對于主要的電源供設(shè)備有明確的諧波電流大小的限制.我們?nèi)绾味x功率因數(shù)呢?
實(shí)功(Real Power)
視在功率(Total Apparent Power)
若電流、電壓的波形皆是理想的正弦波,而電流波形落后電壓相位φ,所示功率向量可如圖2所示. 回到實(shí)際的的狀況下,電壓是一個(gè)理想的正弦波形而電流是一個(gè)非正弦波形,電壓波形的RMS值: Vpeak √2
而電流波形藉由富利葉轉(zhuǎn)換(Fourier transform)可以得到:
IRMS total=√I02+I12RMS+I22RMS+...+In2RMS 其中,I0是電流的DC成分,I1RMS是基波電流,其余是電流諧波;而對于一個(gè)純正的AC電流訊號(hào)I0=0,所以
IRMStotal=√I12RMSP+I12RMSQ+∞Σn=2In2RMS 而P=VRMS·I1RMS COSφ1,其中φ1是輸入電壓和基波電流的相位差,同理S=VRMS·IRMS total;
因此功率因數(shù)P.F.可利用下式得到:
我們再導(dǎo)入一個(gè)K參數(shù),所以
K= =COSθ
其中θ是失真角(distortion angle),若IRMS total的諧波成分趨近零,則K 1.因此我們可做個(gè)結(jié)論P(yáng).F.=COSθ·COSφ1,而功率向量表示如圖3所示,我們可由圖解中更清楚了解彼此的關(guān)系.
功率因數(shù)的實(shí)際意義
功率因數(shù)為1有什么好處?我們可以從使用者和電力公司兩方面來探討;首先在一個(gè)115VAC的電源插孔,一般可供給15A的電流給負(fù)載,在這種條件下一個(gè)沒有功因校正(Power factor Correction, P.F.C.)電路的電源供應(yīng)器(一般P.F.=0.6)其有效電流會(huì)從15A減至9A而已.舉例而言,一個(gè)電源插孔可同時(shí)供給4臺(tái)具有P.F.C.電路的電腦(280W)使用,但只能給兩部不含P.F.C.電路的電腦使用.而對于電力公司而言,虛功(Reactive Power, Q)和失真功率(distortion Power, D)是因?yàn)橹C波電流造成的,多余的功率損耗將減低電源網(wǎng)路的效率,而且電力公司必須使用較粗的電纜來傳輸電力;此外,諧波電流會(huì)造成電力污染,讓電力公司的電力控制較困難.在歐洲已定出EN60555和國際規(guī)范IEC 555-2來限制電源設(shè)備的諧波電流大小.根據(jù)筆者所知,歐洲對于燈具和大于70-80W的電器設(shè)備必須加裝P.F.C.電路才可以輸入,這項(xiàng)規(guī)定將在1998年施行,藉時(shí)號(hào)稱電腦王國的臺(tái)灣所產(chǎn)制監(jiān)視器(monitor)、電源供應(yīng)器(SMPS)...,皆必須有P.F.C.電路才能爭取更大的商機(jī).
功率因數(shù)的基本操作原理
一個(gè)功率因數(shù)矯正器(Power factor Corrector)基本上即是一個(gè)AC to DC的轉(zhuǎn)換器,所以與轉(zhuǎn)換式電源供應(yīng)器的架構(gòu)相同,如圖4是一個(gè)基本的功率因數(shù)矯正器的方塊圖.
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換式電源供應(yīng)器利用脈波寬度調(diào)變(Pulse Width Modulation)來調(diào)整輸入功率的大小,以供應(yīng)適當(dāng)?shù)呢?fù)載所需,脈波寬度調(diào)變器控制切換開關(guān)(通常利用Power MOSFET來達(dá)成)將DC輸入電壓切成一串電壓脈波,隨后利用變壓器和快速二極體將其轉(zhuǎn)成平滑的DC電壓輸出,這個(gè)輸出電壓隨即與一個(gè)參考電壓(這個(gè)電壓是電源供應(yīng)器應(yīng)該輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓值)做比較,所產(chǎn)生的電壓差回授至PWM的控制器,利用這誤差電壓訊號(hào)來改變脈波寬度的大小,如果輸出電壓過高,脈波寬度會(huì)減小,進(jìn)而減小電源供應(yīng),使得輸出電壓回復(fù)至正常輸出值.
一個(gè)P.F.C.也是利用這個(gè)方法,但是加入一個(gè)更先進(jìn)的元件使得來自AC電源的電流是一個(gè)正弦波并且與AC電壓同相位,此時(shí)誤差電壓訊號(hào)的調(diào)變是由整流后的AC電壓和輸出電壓的變化來控制,最后誤差電壓訊號(hào)回授至PWM控制器,也就是說當(dāng)AC電壓較高時(shí)P.F.C.電路就從AC電源吸取較多的功率,反之若AC電壓較低則吸引較少的功率,如此可以減少AC電流的諧波產(chǎn)生.
主要的功率因數(shù)矯正器之拓樸結(jié)構(gòu)
在圖5所示的拓樸結(jié)構(gòu)中,boost結(jié)構(gòu)操作在連續(xù)電流模式(也就是指在輸入端的電感電流在整個(gè)切換周期內(nèi)是連續(xù)導(dǎo)通的),利用輸入電容Ci可減少切換時(shí)所造成的雜訊回流至AC電源,此外,boost電感只儲(chǔ)存一小部分的轉(zhuǎn)換能量(因?yàn)锳C電源在電感去磁期間也就是MOSFET在OFF期間仍持續(xù)供給能量),所以與其他拓樸結(jié)構(gòu)相比,Boost拓樸結(jié)構(gòu)只需較小的電感.
因此Boost拓樸結(jié)構(gòu)是最便宜的P.F.C.解決之道,但是Boost結(jié)構(gòu)不提供突波電流和短路的保護(hù);buck/boost拓樸結(jié)構(gòu)也是常被使用,它的優(yōu)點(diǎn)是提供輸出、入的隔離和可調(diào)整的輸出電壓.
Boost電路的參數(shù)調(diào)整
這里就最常見的Boost P.F.C.(如圖6所示)做一些元件參數(shù)的探討:
·輸入電容Ci的值
·Boost電感Lb的電流漣波
·Boost電感和MOSFET的寄生電容
·操作頻率和頻率調(diào)變技術(shù)
1)輸入電容Ci值
跨在輸入電容兩端的雜訊正比于電流漣波的大小,而與電容值成反比.而輸入濾波電容Ci必須承受在MOSFET導(dǎo)通期間具有電壓漣波的瞬時(shí)輸入電壓,在最小額定輸入電壓VIrms(min)最差的情況將被發(fā)現(xiàn),所以Ci必須符合下式:
Ci Kr
其中Kr是電流濾波系數(shù),r= =0.02 to 0.08
而Ci的最大值將以不產(chǎn)生電流失真為原則.
2)在Boost電感的電流漣波
電流漣波是輸入電壓Vi,輸出電壓Vout,電感值Lb和切換頻率fsw的方程式,表示如下:
△i=
舉個(gè)例子來說,若Vi=300V, Vout=400V和Fsw=70KHz,設(shè)系統(tǒng)操作在連續(xù)電流模式(CCM),一般△i是1A,這也就表示Lb的值等于1mH.另一個(gè)假設(shè)若系統(tǒng)操作在不連續(xù)電流模式(DCM),△i約是6A,也就是說Lb=150mH.你將可從圖7看到這兩個(gè)不同電流模式的電感電流波形.
使用在連續(xù)模式所需的電感值大約是操作不連續(xù)模式的十倍左右,然而較低的電流濾波值表示可使用較便宜而有效率的鐵粉心(Iron Powder Core).當(dāng)漣波電流大于1A時(shí),較大的di/dt將導(dǎo)致集膚效應(yīng)(skin effect)的發(fā)生,這表示操作在不連續(xù)電流模式需要較昂貴的ferrite鐵心.
在鐵粉心的最大磁通密度較ferrite鐵心大的多,這表示在DCM和CCM這兩個(gè)狀況下所須的電感大小是相同的,所以操作在連續(xù)電流模式下盡管所需的電感值較大,但是我們可使用較便宜的元件來控制較小的電感電流漣波.
3)頻率調(diào)變的技術(shù)
切換頻率可以是固定或是變動(dòng)的;如果是變動(dòng)的,切換頻率可能是被控制的或是在設(shè)定的范圍內(nèi)自由變動(dòng),一個(gè)電路若使用變動(dòng)的頻率將使EMI和功率損耗降低,但是電路結(jié)構(gòu)較難去分析,且有時(shí)頻率特性很難去預(yù)測.
4)選擇切換頻率去符合功率元件
若固定的電流漣波,增加切換頻率將使boost的電感值降低,然而增加切換頻率將導(dǎo)致功率元件的功率損耗增加,在標(biāo)準(zhǔn)的boost P.F.C.電路,功率元件的導(dǎo)通損失比切換損失小,所以選用功率晶體的切換損失將限制切換頻率的增加,同樣地Boost輸出二極體的回復(fù)損耗的切換頻率也有同樣限制.
P.F.C.的操作
在功率因素矯正器動(dòng)作時(shí),必須保持下列情形:
1)電源的瞬時(shí)輸入電流要隨著電源的瞬時(shí)電壓而變動(dòng),以確保輸入電流是一個(gè)正弦波且與電壓同相位.
2)AC電源提供的方均根功率必須維持定值,即使是AC電壓有變動(dòng).這也表示當(dāng)輸入的AC電壓減少時(shí),AC電流必須增加.
3)不管負(fù)載如何變動(dòng),DC輸出電壓仍必須保持一定.舉例而言,若DC輸出電壓下降,則流經(jīng)負(fù)載的電流必須增加至電壓回復(fù)為止.
大部分的應(yīng)用中電壓誤差放大器對于輸入的AC電壓變化不能做任何補(bǔ)償,這是因?yàn)镻.F.C.的橋氏整流器輸出不是一個(gè)純DC,這個(gè)漣波是AC電源經(jīng)過半波整流的高壓訊號(hào)是不能被穩(wěn)壓電容給消除,而圖8所示我們可知控制IC有一個(gè)PIN做偵測此一漣波電壓的變化.
半波整流電壓變化和電壓回授的誤差電壓可調(diào)整參考電流的大小,隨后再與感應(yīng)的回路電流做比較去控制PWM的輸出,最后產(chǎn)生一個(gè)閘極驅(qū)動(dòng)訊號(hào)推動(dòng)MOSFET.
常用P.F.C.的控制IC
市面上常應(yīng)用在P.F.C.的IC有很多種,這里就SGS-Thomson公司的兩款I(lǐng)C-L4981與L6561做一些簡單的特性介紹并藉由一些測試的波形讓讀者更進(jìn)一步了解P.F.C.的效用.
首先,L4981可控制Boost P.F.C.電路達(dá)到0.99的功率因數(shù),在環(huán)球交流電壓輸入(Vac=85~265V)下,線電流的失真小于5%,而IC本身在順向回饋AC線電壓和負(fù)載變動(dòng)時(shí)具有自動(dòng)調(diào)整的功能,其他優(yōu)點(diǎn)如低起動(dòng)電流(一般0.3mA)、高電流的閘極驅(qū)動(dòng)輸出、低電壓鎖定、過電壓及過電流保護(hù),最后它有一個(gè)PIN來控制柔性起動(dòng)的時(shí)間.由于功能較多所以有20PIN,一般多用于100瓦以上的電源系統(tǒng)中例如大尺寸的監(jiān)視器、不斷電系統(tǒng)或者100瓦以上的電源供應(yīng)器.
L6561是應(yīng)小功率的P.F.C.電路而產(chǎn)生的,一般100瓦以下常使用它,因此它的設(shè)計(jì)以簡單方便著稱,相較于L4981,L6561只有8 PIN而本身是操作在不連續(xù)電流模式,在IC的內(nèi)部有輸出過電壓保護(hù)、低起動(dòng)電流和工作電流,而內(nèi)部的起動(dòng)振蕩器可在P.F.C.電路啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生閘極驅(qū)動(dòng)訊號(hào).圖9(a)、(b)是由SGS-Thomson提供的L4981之200W P.F.C. Demoboard和L6561的80W P.F.C. Demoboard所測得的AC電流及電壓波形,在滿載狀況下功率因數(shù)皆大于0.99.
結(jié)論
當(dāng)電路的體積大小和成本是你最大的考量,則P.F.C.電路是必須的;但是P.F.C.電路較傳統(tǒng)的SMPS的前級(jí)易產(chǎn)生較多的雜訊,所以在濾波電路的設(shè)計(jì)要多加考慮.倘若讀者對此深感興趣,可以上SGS-Thomson的Homepage去搜尋,網(wǎng)址是http://www.st. com.
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@造變壓器的
是L6561和L6562不是LM開頭

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@darkest
你的誤差放大器的補(bǔ)償電路能否貼出來,這款芯片恒功率負(fù)載和恒電壓負(fù)載好像補(bǔ)償電路稍有不同
不知L6562的恒電壓負(fù)載的補(bǔ)償電路如何作?
因板子已按mc33262做好,我不想再添加其它電阻電容(板子上也沒空間),所以直接將補(bǔ)償電容接于1,2腳.見下圖
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖,點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL,滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/20/1091573762.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
因板子已按mc33262做好,我不想再添加其它電阻電容(板子上也沒空間),所以直接將補(bǔ)償電容接于1,2腳.見下圖

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@toby
功率因數(shù)的簡介與應(yīng)用何謂功率因數(shù)? ■周光祖大多數(shù)的電子電路的設(shè)計(jì)者在做電路設(shè)計(jì)的時(shí)候,幾乎都不曾考慮功率因數(shù)(Powerfactor,P.F.).而功率因數(shù)也僅只于在學(xué)校電子課程內(nèi)P.F.=cosφ這個(gè)概念,而這個(gè)觀念只有在電流、電壓波形是理想正弦訊號(hào),這樣的定義才成立;然而在真實(shí)的狀況下,大部分的隔離式的電源供應(yīng)器(off-linepowersupply)都有一個(gè)非正弦波的輸入電流,這些電源供應(yīng)器的輸入端皆使用一個(gè)橋式整流器和輸入濾波電容(如圖1所示).當(dāng)AC輸入電壓超過輸入電容兩端的電壓,才會(huì)產(chǎn)生輸入電流對電容充電,我們可從圖1看到在兩個(gè)電流峰值之間,負(fù)載吸引儲(chǔ)存在輸入電容的能量,而這個(gè)脈波電流的一次諧波有φ的相位落后,所以P.F.一定大于COSφ.根據(jù)歐洲IEC555-2的定義,對于主要的電源供設(shè)備有明確的諧波電流大小的限制.我們?nèi)绾味x功率因數(shù)呢?實(shí)功(RealPower)視在功率(TotalApparentPower)若電流、電壓的波形皆是理想的正弦波,而電流波形落后電壓相位φ,所示功率向量可如圖2所示.回到實(shí)際的的狀況下,電壓是一個(gè)理想的正弦波形而電流是一個(gè)非正弦波形,電壓波形的RMS值:Vpeak√2而電流波形藉由富利葉轉(zhuǎn)換(Fouriertransform)可以得到:IRMStotal=√I02+I12RMS+I22RMS+...+In2RMS其中,I0是電流的DC成分,I1RMS是基波電流,其余是電流諧波;而對于一個(gè)純正的AC電流訊號(hào)I0=0,所以IRMStotal=√I12RMSP+I12RMSQ+∞Σn=2In2RMS而P=VRMS·I1RMSCOSφ1,其中φ1是輸入電壓和基波電流的相位差,同理S=VRMS·IRMStotal;因此功率因數(shù)P.F.可利用下式得到:我們再導(dǎo)入一個(gè)K參數(shù),所以K==COSθ其中θ是失真角(distortionangle),若IRMStotal的諧波成分趨近零,則K1.因此我們可做個(gè)結(jié)論P(yáng).F.=COSθ·COSφ1,而功率向量表示如圖3所示,我們可由圖解中更清楚了解彼此的關(guān)系.功率因數(shù)的實(shí)際意義功率因數(shù)為1有什么好處?我們可以從使用者和電力公司兩方面來探討;首先在一個(gè)115VAC的電源插孔,一般可供給15A的電流給負(fù)載,在這種條件下一個(gè)沒有功因校正(PowerfactorCorrection,P.F.C.)電路的電源供應(yīng)器(一般P.F.=0.6)其有效電流會(huì)從15A減至9A而已.舉例而言,一個(gè)電源插孔可同時(shí)供給4臺(tái)具有P.F.C.電路的電腦(280W)使用,但只能給兩部不含P.F.C.電路的電腦使用.而對于電力公司而言,虛功(ReactivePower,Q)和失真功率(distortionPower,D)是因?yàn)橹C波電流造成的,多余的功率損耗將減低電源網(wǎng)路的效率,而且電力公司必須使用較粗的電纜來傳輸電力;此外,諧波電流會(huì)造成電力污染,讓電力公司的電力控制較困難.在歐洲已定出EN60555和國際規(guī)范IEC555-2來限制電源設(shè)備的諧波電流大小.根據(jù)筆者所知,歐洲對于燈具和大于70-80W的電器設(shè)備必須加裝P.F.C.電路才可以輸入,這項(xiàng)規(guī)定將在1998年施行,藉時(shí)號(hào)稱電腦王國的臺(tái)灣所產(chǎn)制監(jiān)視器(monitor)、電源供應(yīng)器(SMPS)...,皆必須有P.F.C.電路才能爭取更大的商機(jī).功率因數(shù)的基本操作原理一個(gè)功率因數(shù)矯正器(PowerfactorCorrector)基本上即是一個(gè)ACtoDC的轉(zhuǎn)換器,所以與轉(zhuǎn)換式電源供應(yīng)器的架構(gòu)相同,如圖4是一個(gè)基本的功率因數(shù)矯正器的方塊圖.一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換式電源供應(yīng)器利用脈波寬度調(diào)變(PulseWidthModulation)來調(diào)整輸入功率的大小,以供應(yīng)適當(dāng)?shù)呢?fù)載所需,脈波寬度調(diào)變器控制切換開關(guān)(通常利用PowerMOSFET來達(dá)成)將DC輸入電壓切成一串電壓脈波,隨后利用變壓器和快速二極體將其轉(zhuǎn)成平滑的DC電壓輸出,這個(gè)輸出電壓隨即與一個(gè)參考電壓(這個(gè)電壓是電源供應(yīng)器應(yīng)該輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓值)做比較,所產(chǎn)生的電壓差回授至PWM的控制器,利用這誤差電壓訊號(hào)來改變脈波寬度的大小,如果輸出電壓過高,脈波寬度會(huì)減小,進(jìn)而減小電源供應(yīng),使得輸出電壓回復(fù)至正常輸出值.一個(gè)P.F.C.也是利用這個(gè)方法,但是加入一個(gè)更先進(jìn)的元件使得來自AC電源的電流是一個(gè)正弦波并且與AC電壓同相位,此時(shí)誤差電壓訊號(hào)的調(diào)變是由整流后的AC電壓和輸出電壓的變化來控制,最后誤差電壓訊號(hào)回授至PWM控制器,也就是說當(dāng)AC電壓較高時(shí)P.F.C.電路就從AC電源吸取較多的功率,反之若AC電壓較低則吸引較少的功率,如此可以減少AC電流的諧波產(chǎn)生.主要的功率因數(shù)矯正器之拓樸結(jié)構(gòu)在圖5所示的拓樸結(jié)構(gòu)中,boost結(jié)構(gòu)操作在連續(xù)電流模式(也就是指在輸入端的電感電流在整個(gè)切換周期內(nèi)是連續(xù)導(dǎo)通的),利用輸入電容Ci可減少切換時(shí)所造成的雜訊回流至AC電源,此外,boost電感只儲(chǔ)存一小部分的轉(zhuǎn)換能量(因?yàn)锳C電源在電感去磁期間也就是MOSFET在OFF期間仍持續(xù)供給能量),所以與其他拓樸結(jié)構(gòu)相比,Boost拓樸結(jié)構(gòu)只需較小的電感.因此Boost拓樸結(jié)構(gòu)是最便宜的P.F.C.解決之道,但是Boost結(jié)構(gòu)不提供突波電流和短路的保護(hù);buck/boost拓樸結(jié)構(gòu)也是常被使用,它的優(yōu)點(diǎn)是提供輸出、入的隔離和可調(diào)整的輸出電壓.Boost電路的參數(shù)調(diào)整這里就最常見的BoostP.F.C.(如圖6所示)做一些元件參數(shù)的探討:·輸入電容Ci的值·Boost電感Lb的電流漣波·Boost電感和MOSFET的寄生電容·操作頻率和頻率調(diào)變技術(shù)1)輸入電容Ci值跨在輸入電容兩端的雜訊正比于電流漣波的大小,而與電容值成反比.而輸入濾波電容Ci必須承受在MOSFET導(dǎo)通期間具有電壓漣波的瞬時(shí)輸入電壓,在最小額定輸入電壓VIrms(min)最差的情況將被發(fā)現(xiàn),所以Ci必須符合下式:CiKr其中Kr是電流濾波系數(shù),r==0.02to0.08而Ci的最大值將以不產(chǎn)生電流失真為原則.2)在Boost電感的電流漣波電流漣波是輸入電壓Vi,輸出電壓Vout,電感值Lb和切換頻率fsw的方程式,表示如下:△i=舉個(gè)例子來說,若Vi=300V,Vout=400V和Fsw=70KHz,設(shè)系統(tǒng)操作在連續(xù)電流模式(CCM),一般△i是1A,這也就表示Lb的值等于1mH.另一個(gè)假設(shè)若系統(tǒng)操作在不連續(xù)電流模式(DCM),△i約是6A,也就是說Lb=150mH.你將可從圖7看到這兩個(gè)不同電流模式的電感電流波形.使用在連續(xù)模式所需的電感值大約是操作不連續(xù)模式的十倍左右,然而較低的電流濾波值表示可使用較便宜而有效率的鐵粉心(IronPowderCore).當(dāng)漣波電流大于1A時(shí),較大的di/dt將導(dǎo)致集膚效應(yīng)(skineffect)的發(fā)生,這表示操作在不連續(xù)電流模式需要較昂貴的ferrite鐵心.在鐵粉心的最大磁通密度較ferrite鐵心大的多,這表示在DCM和CCM這兩個(gè)狀況下所須的電感大小是相同的,所以操作在連續(xù)電流模式下盡管所需的電感值較大,但是我們可使用較便宜的元件來控制較小的電感電流漣波.3)頻率調(diào)變的技術(shù)切換頻率可以是固定或是變動(dòng)的;如果是變動(dòng)的,切換頻率可能是被控制的或是在設(shè)定的范圍內(nèi)自由變動(dòng),一個(gè)電路若使用變動(dòng)的頻率將使EMI和功率損耗降低,但是電路結(jié)構(gòu)較難去分析,且有時(shí)頻率特性很難去預(yù)測.4)選擇切換頻率去符合功率元件若固定的電流漣波,增加切換頻率將使boost的電感值降低,然而增加切換頻率將導(dǎo)致功率元件的功率損耗增加,在標(biāo)準(zhǔn)的boostP.F.C.電路,功率元件的導(dǎo)通損失比切換損失小,所以選用功率晶體的切換損失將限制切換頻率的增加,同樣地Boost輸出二極體的回復(fù)損耗的切換頻率也有同樣限制.P.F.C.的操作在功率因素矯正器動(dòng)作時(shí),必須保持下列情形:1)電源的瞬時(shí)輸入電流要隨著電源的瞬時(shí)電壓而變動(dòng),以確保輸入電流是一個(gè)正弦波且與電壓同相位.2)AC電源提供的方均根功率必須維持定值,即使是AC電壓有變動(dòng).這也表示當(dāng)輸入的AC電壓減少時(shí),AC電流必須增加.3)不管負(fù)載如何變動(dòng),DC輸出電壓仍必須保持一定.舉例而言,若DC輸出電壓下降,則流經(jīng)負(fù)載的電流必須增加至電壓回復(fù)為止.大部分的應(yīng)用中電壓誤差放大器對于輸入的AC電壓變化不能做任何補(bǔ)償,這是因?yàn)镻.F.C.的橋氏整流器輸出不是一個(gè)純DC,這個(gè)漣波是AC電源經(jīng)過半波整流的高壓訊號(hào)是不能被穩(wěn)壓電容給消除,而圖8所示我們可知控制IC有一個(gè)PIN做偵測此一漣波電壓的變化.半波整流電壓變化和電壓回授的誤差電壓可調(diào)整參考電流的大小,隨后再與感應(yīng)的回路電流做比較去控制PWM的輸出,最后產(chǎn)生一個(gè)閘極驅(qū)動(dòng)訊號(hào)推動(dòng)MOSFET.常用P.F.C.的控制IC市面上常應(yīng)用在P.F.C.的IC有很多種,這里就SGS-Thomson公司的兩款I(lǐng)C-L4981與L6561做一些簡單的特性介紹并藉由一些測試的波形讓讀者更進(jìn)一步了解P.F.C.的效用.首先,L4981可控制BoostP.F.C.電路達(dá)到0.99的功率因數(shù),在環(huán)球交流電壓輸入(Vac=85~265V)下,線電流的失真小于5%,而IC本身在順向回饋AC線電壓和負(fù)載變動(dòng)時(shí)具有自動(dòng)調(diào)整的功能,其他優(yōu)點(diǎn)如低起動(dòng)電流(一般0.3mA)、高電流的閘極驅(qū)動(dòng)輸出、低電壓鎖定、過電壓及過電流保護(hù),最后它有一個(gè)PIN來控制柔性起動(dòng)的時(shí)間.由于功能較多所以有20PIN,一般多用于100瓦以上的電源系統(tǒng)中例如大尺寸的監(jiān)視器、不斷電系統(tǒng)或者100瓦以上的電源供應(yīng)器.L6561是應(yīng)小功率的P.F.C.電路而產(chǎn)生的,一般100瓦以下常使用它,因此它的設(shè)計(jì)以簡單方便著稱,相較于L4981,L6561只有8PIN而本身是操作在不連續(xù)電流模式,在IC的內(nèi)部有輸出過電壓保護(hù)、低起動(dòng)電流和工作電流,而內(nèi)部的起動(dòng)振蕩器可在P.F.C.電路啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生閘極驅(qū)動(dòng)訊號(hào).圖9(a)、(b)是由SGS-Thomson提供的L4981之200WP.F.C.Demoboard和L6561的80WP.F.C.Demoboard所測得的AC電流及電壓波形,在滿載狀況下功率因數(shù)皆大于0.99.結(jié)論當(dāng)電路的體積大小和成本是你最大的考量,則P.F.C.電路是必須的;但是P.F.C.電路較傳統(tǒng)的SMPS的前級(jí)易產(chǎn)生較多的雜訊,所以在濾波電路的設(shè)計(jì)要多加考慮.倘若讀者對此深感興趣,可以上SGS-Thomson的Homepage去搜尋,網(wǎng)址是http://www.st.com.
誰有做6562,價(jià)格多少?有做可打電話13603050659曹先生
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