ZHCUBV7 设计指南 | 德州仪器 TI.com.cn

ZHCUBV7 March 2024

根据 TM 控制方法，当输入直流电压低于输出电压一半时，系统以 ZVS 模式工作。在 PFC 级，确定了在最低线路电压时会出现最低效率。系统的开关损耗不多，因此是导通损耗支配系统。

对于 TM PFC，在相位角等于 90° 时发现峰值电流，方程式 1 确定该值。

方程式 1.

I_{P E A K} = 2 \times \sqrt{2} \times \frac{P_{I N}}{V_{A C}}

其中

输出电压设置为 V_OUT，此时的占空比通过方程式 2 计算得出。

方程式 2.

D u t y = \frac{V_{O U T} - \sqrt{2} \times V_{A C}}{V_{O U T}}

在最低输入交流电压时，目标频率设置为 F_{REQ_MIN}。使用方程式 3 计算电感值。

方程式 3.

L_{P F C} = \frac{\sqrt{2} \times V_{A C}}{I_{P E A K}} \times \frac{D u t y}{F_{R E Q_M I N}}

使用方程式 4 计算磁芯材料 B_MAX 的磁通密度。

方程式 4.

B_{M A X} = \frac{L_{P F C} \times I_{P E A K}}{A e \times N}

其中

根据方程式 4，峰值电流是固定的，A_e 取决于磁芯形状。为了使相同磁芯尺寸下的磁通密度相同，匝数 N 与 L_PFC 值成正比。从系统的角度来看，通过实现 GaN HEMT，使系统能够在更高的频率下运行。使用较粗的导线减小匝数以最大限度地减少铜损耗，可以最大限度地减小 L_PFC 值。

对于此 140W 设计，目标效率为 93%，输入功率为 150.54W。在 90V 输入电压下，假设输出电压为 390V，最小频率为 100kHz，I_PEAK 为 4.731A。占空比为 67.4%，电感为 181μH。

在此设计中，选择的是采用 Ferroxcube 生产的 3C95 材料的 RM10 磁芯尺寸。通过 30 匝 0.1mm × 40P 绞线将电感值设置为 185μH 以减少铜损耗。

如果 L_PFC 值是固定的，则可以计算出任何角度 θ 的导通时间 T_on，如通过方程式 5 计算所得。

方程式 5.

T o n (θ) = \frac{L_{P F C} \times I_{P E A K} \times \sin (θ)}{\sqrt{2} \times V_{A C} \times \sin (θ)}

方程式 5 显示 T_on 时间在任何相位角下都是恒定的。

开关器件 I_RMS 的 RMS 电流可如方程式 6 所示计算。

方程式 6.

I_{R M S} = \sqrt{\frac{1}{6} - \frac{4 \sqrt{2}}{9 π} \times \frac{V_{A C}}{V_{O U T}}} \times I_{P E A K}

‌根据这个公式，RMS 电流是只与 V_AC、V_OUT 和 P_IN 相关的恒定值。从器件的角度来看，只有降低 R_DS(on) 才能降低导通损耗。