车载充电机PFC及LLC电感电容自动计算表

PFC电感计算方法

PFC电感（Power Factor Correction Inductor）是用于提高电力系统功率因数的一种电感器件。其主要作用是通过与谐振电容并联，形成谐振回路，将电压波形调整为与电流波形同相位，从而提高电力系统的功率因数。本文将介绍PFC电感的计算方法。

1.确定功率因数和谐振频率：首先，需要确定所需的功率因数和谐振频率。功率因数通常在0.9到1之间，而谐振频率一般为50Hz或60Hz。

2.计算负载电流：根据所需的功率因数和负载功率，可以计算出负载电流。负载电流可以通过负载功率除以输入电压得到。

3.计算并联谐振电容：根据谐振频率和负载电流，可以计算出并联谐振电容的值。并联谐振电容通过谐振回路将电压波形调整为与电流波形同相位，从而最大限度地提高功率因数。

4.计算电感值：根据谐振频率和并联谐振电容，可以计算出所需的电感值。电感值的计算公式为：L=1/(4π^2f^2C)，其中L为电感值，f为谐振频率，C为并联谐振电容。根据计算结果，选择合适的标准电感值。

5.考虑电感电流和温升：根据负载电流和电感值，可以计算出电感电流。根据电感电流和材料的温升特性，需要考虑电感的额定电流和温升限制。选择合适的额定电流和材料，以确保电感的稳定性和可靠性。

6.确定电感器件：根据计算结果，选择适当的电感器件。电感器件的型号通常包含电感值、额定电流和尺寸等参数。根据具体应用需求，选择合适的型号。 7.确保电感稳定性和可靠性：在实际设计中，需考虑电感的稳定性和可靠性。例如，可以采用热稳定性较好的材料，设计合适的散热结构，以确保电感在工作过程中不会过热或损坏。

总结来说，PFC电感的计算方法包括确定功率因数和谐振频率、计算负载电流、计算并联谐振电容、计算电感值、考虑电感电流和温升、确定电感器件，以及确保电感稳定性和可靠性。通过合理计算和选择，可以设计出满足需求的PFC电感。

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1 / 5 PFC电感计算

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。

连续模式的根本关系：

1. 确定输出电压Uo

输入电网电压一般都有一定的变化X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顶峰值电压的1.05~1.1倍。例如，输入电压220V，50Hz交流电，变化X围是额定值的20%(Δ=20)，最顶峰值电压是220××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防止饱和。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

minmaxioiUPI (1)

其中：oooIUP；)%100(mininiUU －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)1/(DUUio，所以

oimimopUUUD2max (2)

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〔否如此降低开关频率〕，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

IfDULpimaxmin2 (3)

确定变压器匝比计算负载等效电阻计算励磁电感（死区期间寄生电容充放电能量守恒）计算输出电压增益计算电感系数和品质因数（1.LnQ与励磁电感的关系2.Ln、Q与最大增益的关系）得到谐振参数

图1.LLC主电路参数计算步骤

表1是按照上面图2所示步骤得到的计算值与实际电路中使用的数值的比较，从表1的对比可以发现计算值与实际值之间的误差较大。

表1.LLC主电路参数计算值和实际值

电路参数 计算值 实际值

谐振电感Lr 5.45uH 23uH

谐振电容Cr 464.77nF

99nF

励磁电感Lm 1.29mH 260uH

变压器变比n 0.518（390/753.6） 0.525（21/40）

由于励磁电感的计算会导致后续谐振电感参数和谐振电容参数的误差，因此，为了找到计算的来源，首先得分析励磁电感计算的正确与否。下面是对励磁电感计算的方法。

为了保证原边开关管完全实现零电压开通，在死区时间内励磁电流的峰值需要满足维持开关管寄生电容充放电所需要的能量，因此有

max4deadrssinLLCitCU

上式中imax是励磁电流最大值，tdead是开关管的死区时间，Crss是MOSFET的寄生电容，Uin-LLC是LLC谐振变换器的输入电压。

当LLC谐振变换器的工作频率等于谐振频率时，谐振电流可以简化为正弦波，而励磁电流则简化为三角波，由于在一个开关周期内励磁电感充放电能量相等，对T/4时间内积分可以得到励磁电流最大值

max4LmmUTiL

上式中ULm是励磁电感电压，当其被输出电压钳位时有ULm=n（Uo+2UD），由零电压开通条件表达式和励磁电流最大值表达式可以得到励磁电感的取值上限

16deadmrssTtLC

代入数字计算得Lm（max）=1.29mH

上面的计算方法中原理和公式都没有错误，可能存在问题的地方是励磁电感上限计算公式代入的数值有误。经过对比，发现之前的计算中有两个数值有误，第一是死区时间tdead，因为LLC电路的控制芯片是L6599，其手册中给出的死区时间是个固定值，为300ns，而我们在实际调试过程中用示波器测试发现死区时间是800ns；第二，MOSFET的寄生电容有误。我理想的认为，MOSFET开关管（型号为SPW47N60C3）手册中给出的Reverse transfer capacitance（Crss）就是漏源极之间的寄生电容，实则不然。下图3是仙童（Fairchild）公司发布的一个MOSFET基础手册中对MOSFET寄生电容等效电路的示意。

第 1 页 共 2 页 电感电容计算

加载其电感量按下式计算:线圈公式

阻抗(ohm)=2*3.14159*F(工作频率)*电感量(mH)，设定需用360ohm阻抗，因此：

电感量(mH)=阻抗(ohm)÷(2*3.14159)÷F(工作频率)=360÷(2*3.14159)÷7.06=8.116mH

据此可以算出绕线圈数：

圈数=[电感量*{(18*圈直径(吋))+(40*圈长(吋))}]÷圈直径(吋)

圈数=[8.116*{(18*2.047)+(40*3.74)}]÷2.047=19圈

电容功率计算公式:

P=1/2*C*V2*F

电感功率计算公式:

P=1/2*L*I2*F

电容上携带的能量（焦耳），是二分之一乘以电容量（法拉）再乘以电容电压（伏特）的平方。

硅芯片功率的计算存在一个公式：功率=C(寄生电容)*F(频率)*V2(工作电压的平方)。对于同一种核心而言，C（寄生电容）是一个常数，所以硅芯片功率跟频率成正比，跟工作电压的平方也成正比

1法拉5V的电容携带的能量为12.5焦耳。1焦耳＝1瓦每秒 第 2 页 共 2 页 全新1.2伏1.8A时的镍氢充电电池充满后携带的能量为1.2*1.8*3600＝7776焦耳。我手头有一个1法拉5.5伏的电容，在中关村买的10元一个。体积比壹圆硬币大3倍左右。AA电池的体积是1法拉5V电容的2.5倍。

我的结论：在现在的商业环境条件下，镍氢充电电池和法拉电容的体积能量比为250：1，价格比为1：2。另外电容放电需要特殊的恒压输出调整电路。