详解PFC电感的计算

中心议题：

　　Boost功率电路的PFC连续工作模式的基本关系

　　临界连续Boost电感设计

　　通常Boost功率电路的PFC有三种工作模式：连续、临界连续和断续模式。控制方式是输入电流跟踪输入电压。连续模式有峰值电流控制，平均电流控制和滞环控制等。本文介绍Boost功率电路的PFC连续工作模式的基本关系及临界连续Boost电感设计。

　　连续模式的基本关系

　　1. 确定输出电压Uo

　　输入电网电压一般都有一定的变化范围(Uin±Δ%)，为了输入电流很好地跟踪输入电压，Boost级的输出电压应当高于输入最高电压的峰值，但因为功率耐压由输出电压决定，输出电压一般是输入最高峰值电压的1.05~1.1倍。例如，输入电压220V，50Hz交流电，变化范围是额定值的20%(Δ=20)，最高峰值电压是220×1.2×1.414=373.45V。输出电压可以选择390~410V。

　　2. 决定最大输入电流

　　电感应当在最大电流时避免饱和。最大交流输入电流发生在输入电压最低，同时输出功率最大时

　　其中： Uimin -最低输入电压;η-Boost级效率，通常在95%以上。

　　3. 决定工作频率

　　由功率器件，效率和功率等级等因素决定。例如输出功率1.5kW，功率管为MOSFET，开关频率70~100kHz。

　　4. 决定最低输入电压峰值时最大占空度

　　因为连续模式Boost变换器输出Uo与输入Uin关系为 ，所以

　　从上式可见，如果Uo选取较低，在最高输入电压峰值时对应的占空度非常小，由于功率开关的开关时间限制(否则降低开关频率)，可能输入电流不能跟踪输入电压，造成输入电流的THD加大。

　　5. 求需要的电感量

　　为保证电流连续，Boost电感应当大于

　　其中：，k=0.15~0.2。

　　6. 利用AP法选择磁芯尺寸

　　根据电磁感应定律，磁芯有效截面积

　　如果电感是线性的，有

　　因为Boost电感直流分量很大，磁芯损耗小于铜损耗，饱和磁通密度限制最大值。为保证在最大输入电流时磁芯不饱和，应当有

　　因此，面积乘积

　　其中kw=0.3~0.5窗口填充系数，也称为窗口利用系数。B《B/(1+k)。由此选择磁芯。

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　　输出功率在1kW以上，一般采用气隙磁芯。因环形磁粉芯价格高，且加工困难，成本高。但是气隙磁芯在气隙附近边缘磁通穿过线圈，造成附加损耗，这在工艺上应当注意的。