适合大功率的CCM模式APFC电路设计

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　　H：磁场强度，Le：磁路长度

　　计算磁芯大小的方法有几种，最常用的就是AP法，但实际上，因为磁粉芯的磁导率随磁场强度变化较大，计算经常需要迭代重复。另外，因为磁环的规格相对比较少。我们就不用AP法计算了。而是直接拿磁芯参数过来计算，几次就可以得到需要的磁芯了。经验越丰富，计算就越快了。

　　适合用来做PFC电感的磁粉芯主要有三类：铁镍钼(MPP)、铁镍50(高磁通)、铁硅铝(FeSiAl)。其中，铁镍钼粉芯的饱和点大概在B=0.6附近，而后两者都可以达到1以上。　　此处，我们选用某国产的铁硅铝粉芯，下面是该粉芯的一些特性曲线图：

　　从图上可以看见，当磁场强度上升的时候，磁导率在下降。那么电感量也就会下降。所以，我们希望电感量在承受直流偏磁时不要跌落的太多，那么设计所选择的磁场强度就不能太高。我们选用初始磁导率μ0=60的铁硅铝粉芯，那么可以从图中看到，当磁场强 度为100Oe时，磁导率还有原来的42%，而当磁场强度为100Oe时，磁感应强度为0.5T，远未到饱和点。我们就把设计最大磁场强度定为 100Oe。

　　那么根据

　　L=N×N×Al

　　H=0.4×3.14×N×I/Le

　　我们得到的限制条件是：0.4×3.14×SQRT(L/Al)×I/Le100

　　由于100Oe时，磁导率只有初始值的42%，所以我们要对上式中的Al乘上这个系数。那么带入相关的参数L=709uH，I=11.94A，我们有：

　　0.4×3.14×SQRT(709E-6/(0.42×Al))×11.94/Le100，简化后得到：

　　0.616/(Le×SQRT(Al))100

　　注意：上式中，Le的单位是：cm，Al的单位是：H/(N×N)

　　现在，我们可以把磁芯参数带入计算了。

　　选择一个：

　　A60-572A，Le=14.3cm，Al=140nH/(N×N)，Ae=2.889平方厘米，带入后得到：115100

　　显然磁芯不合适，再选择一个更大的：

　　A60-640，Le=16.4cm，Al=144nH/(N×N)，Ae=3.53平方厘米，计算得到：99100，不等式满足。磁芯选定。

　　然后，根据99=0.4×3.14×N×I/Le计算得到N=108圈

　　有时，没有合适的单个磁芯，可以用两个磁芯叠加起来使用。

　　假如我们选择另一种材质的磁芯，选择磁导率在直流磁场下衰落比较小的高磁通粉芯，我们来看看计算结果如何。

　　我们选用初始磁导率μ0=60的FeNi50粉芯，那么可以从图中看到，当磁场强度为100Oe时，磁导率还有原来的65%，而当磁场强度为100Oe时，磁感应强度为0.65T，远未到饱和点。我们可以设计最大磁场强度定为100Oe。

　　那么根据

　　L=N×N×Al

　　H=0.4×3.14×N×I/Le

　　我们得到的限制条件是：0.4×3.14×SQRT(L/Al)×I/Le100

　　由于100Oe时，磁导率只有初始值的65%，所以我们要对上式中的Al乘上这个系数。那么带入相关的参数L=709uH，I=11.94A，我们有：

　　0.4×3.14×SQRT(709E-6/(0.65×Al))×11.94/Le100，简化后得到：

　　0.495/(Le×SQRT(Al))100

　　注意：上式中，Le的单位是：cm，Al的单位是：H/(N×N)

　　现在，我们可以把磁芯参数带入计算了。

　　选择一个：

　　H60-572A，Le=14.3cm，Al=140nH/(N×N)，Ae=2.889平方厘米，带入后得到：92.5100

　　显然这个磁芯是可以的。

　　然后，根据92.5=0.4×3.14×N×I/Le计算得到N=88圈　　假如用铁氧体磁芯来设计PFC升压电感呢?因为铁氧体的规格众多，所以，这时候用AP法来初步计算一下倒是很方便哦：

　　AP=(L×I×I×100)/(B×Ko×Kj))^1.14

　　=(709E-6×11.94×11.94×100/(0.25×0.75×5))^1.14

　　=15cm^4

　　上式中，B是工作磁感应强度最大值，Ko是窗口利用率，取0.75，Kj是电流密度，取的是5A/平方毫米，后面^1.14表示1.14次方。此公式见蔡宣三的《开关电源设计》一书。

　　经过选择，我们可以选择某公司EE55B铁氧体磁芯：Ae=4.22cm^2，Aw=3.85cm^2

　　4.22×3.85=16.25>15

　　所以可以选择此磁芯。

　　然后，根据LI=NΔBAe，

　　709E-6×11.94=N×0.25×4.22E-4

　　N=80，

　　核算一下窗口面积，假如采用直径1.4mm的漆包线，那么80×1.4×1.4/100=1.57cm^2

　　这个时候，如果像像上面这样窗口裕量比较大的情况下，可以适当多绕些匝数，依然通过调节气隙的方法，把电感量调节到709uH左右。可以降低工作的磁感应强度，对于抗饱和有帮助。

　　用铁氧体磁芯来制作PFC电感，还有一个地方需要留意的是，在开气隙的附近由于漏磁，铜损会比较大，所以对于EE型的磁芯，垫气隙可以将气隙分成两部分，比磨掉中柱的那样好，因为将气隙分散，可以减少漏磁。

　　接下来的设计是控制电路

应用于CCM模式的控制IC非常多，控制模式也比较多，有平均电流型，也有峰值电流型。根据经验，峰值电流型的对噪声比较敏感，更多可供选择的则是平均电流型的IC。最出名的估计就是UC3854系列了，但我个人更喜欢L4981系列的，因为L4981的外围功能更丰富，工作更安全可靠。最近几年还出现了不需要采集前级半正