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PFCPFC电源技术及其空调解决方案电源技术及其空调解决方案 技术培训技术培训 邵革良邵革良 主讲主讲 Innovation Achieving Chinese Local Core Competitiveness 田村(中国)上海技术研发中心 副所长 中国电源学会专家委员会 委员 电源学会磁技术专业委员会 委员 2016/3/122016/3/12 2016（格力）开关电源技术培训 All rights are reserved by Tamura Corporation of China 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 MCU AC AC 电源电源 压缩机压缩机 家用变频空调常见电气拓扑例家用变频空调常见电气拓扑例 为何变频空调机需要高次谐波控制功能？为何变频空调机需要高次谐波控制功能？ 问题所在！  IEC61000-3-2 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 一般整流滤波电路（被动式）一般整流滤波电路（被动式） iAC VAC + - + - VC -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 iAC VAC VC 全桥整流电路及其高次谐波问题全桥整流电路及其高次谐波问题 iAC VAC VC iAC VAC + - + - VC 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 高次谐波控制方案：高次谐波控制方案： （单相）部分开关控制（单相）部分开关控制 优点优点  低成本（IGBT，D，L）  电磁兼容性好  控制简单  效率高 缺点缺点 ► 小功率应用（1-2匹为主） ► 体积大、铜铁消耗多 ► 电抗器外置，装配效率低、EMC易离散 ► 易出现音频噪音 ► 输出电压低，电网适应性差 iAC VAC iL 廉价型高次谐波改善方案廉价型高次谐波改善方案 ---- 部分开关方案部分开关方案 iL VC VC Gate Driver 1~2P ~2.6KW 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 高次谐波控制方案：高次谐波控制方案： （单相）（单相）高频高频部分开关优化控制部分开关优化控制 优点（部分开关对比）优点（部分开关对比）  L值更小，更低的成本  更大功率应用 （中功率商用机等） 缺点（部分开关对比）缺点（部分开关对比） ► 音频噪音明显 ► EMI效果变差 iAC VAC iL 廉价型高次谐波改善方案廉价型高次谐波改善方案 ---- 部分开关改进方案部分开关改进方案 iL Gate Driver VC 改进对策改进对策 小功率空调：铁硅环绕线（板载） 大功率空调：混合磁路+铝线立绕 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 高次谐波控制方案：高次谐波控制方案： （单相）高频（单相）高频CCM PFCCCM PFC 优点优点  结构简单、较大功率输出 板载：1~2P 外置：3~5P(中功率商用机)  THD效果好  低噪音 缺点缺点 ► EMI差，滤波器成本高 ► 高性能快恢复二极管 ► 高频大功率电感，成本较高 iAC VAC iL iL Gate Driver 1~2P ~2.6KW 3P ~4.5KW 5P ~7.5KW 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 高次谐波控制方案：高次谐波控制方案： （单相）（单相）Interleave CCM PFCInterleave CCM PFC iAC VAC iL2 iL1 iL1+iL2 Vin GRV1 GRV2 iL2 iL1 iL1+iL2 Vin GRV1 GRV2 优点优点  大功率输出（1~7.5KW）  THD效果好  大幅减小L电感量  APF贡献效果好 缺点缺点 ► EMI差，滤波器成本较高 ► 高性能快恢复二极管 3P (~3.8KW3P (~3.8KW) ) 3P (~3.8KW3P (~3.8KW) ) 3~5P 3~5P (~5.5KW(~5.5KW) ) 3~5P (~7.5KW3~5P (~7.5KW) ) 改进对策（板载）改进对策（板载） 采用铝线立绕、环形立绕控制成本，改善EMC 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 高次谐波控制方案：高次谐波控制方案： （单相）（单相）Interleave Interleave CRMCRM PFCPFC iAC VAC iL2 iL1 iL1+iL2 Vin GRV1 GRV2 优点优点 缺点缺点 iL2 iL1 iL1+iL2 Vin GRV1 GRV2  THD效果极好、控制简单  L电感最小、无噪音  低成本、 高效率、良好EMC  既有利于APF提升 ► 纹波较大，需要差模滤波 ► 频率高，不易采用IGBT ► 磁芯损耗大，必须采用铁氧体材料 改进对策（板载）改进对策（板载） 2合1磁集成CB电感，优化L-I曲线，采用IGBT器件 2 2合合1 1磁集成磁集成CBCB电感电感 2P (~2.6KW) IGBT CRM Interleave2P (~2.6KW) IGBT CRM Interleave 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 高次谐波控制方案：高次谐波控制方案： （三相）（三相）CCM PFCCCM PFC方案方案 特特点点 特特点点  THD效果极好  可双向工作，效率高  控制复杂  EMI问题比较严重  器件应力比较大，电感量大 ► THD效果较差 ► 单向工作，效率较差，器件多 ► 控制简单 ► EMI问题比较严重 ► 器件应力较大，电感量大 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 高次谐波控制方案：高次谐波控制方案： （单相）无桥（单相）无桥CCM PFCCCM PFC方案方案 各种单相无桥PFC (CCM) Vienna(3-Level) (3-Level ) L/2@IL/2@Isinpksinpk I IININ L@IL@Isinpksinpk I IININ/2/2 0.5 其中其中 Vin 交流输入工频峰值电压、 Vo PFC直流输出电压 L 单个PFC电感感量 同理同理 iL2 iL1 iL1+iL2 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 交错式交错式PFCPFC电感值计算（电感值计算（2.8KW PFC2.8KW PFC实例）实例）  传导EMI低频段影响  滤波电容高频耐力  主电路开关应力损耗 例：例： Vinac-nomVbus-nomfsw1220 Vac418 Vdc110KHzVo-nomIo-nomη54.5 V50.0 A97%CCM Interleave PFC ToolsCCM Interleave PFC ToolsDiscriptionVariable NamesVariable NamesVin min.Vin nomVin maxInput rms VoltageV_in_rmsV_in_rms176 V200 V220 V240 V264 VOutput VoltageV VOUTOUT418 V418 V418 V418 V418 VOutput max PowerPout(max)Pout(max)2725 W2725 W2725 W2725 W2725 WPFC Efficiencyη η95.4%96.1%97.0%97.8%98.8%Reactor InductL1,L2(assume)L1,L2(assume)180 uH180 uH180 uH180 uH180 uH180 uHFixed FrequencyFrequencyFrequency110 KHz110 KHz110 KHz110 KHz110 KHzInput Sine PK CurrentI_in_ac_pkI_in_ac_pk23.0 A20.0 A18.1 A16.4 A14.8 ADuty at Sine PKDuty_sin_pkDuty_sin_pk40.5%32.3%25.6%18.8%10.7%Max Current at sine PK of L1Imax(L1,L2)_sin_pkImax(L1,L2)_sin_pk14.0 A12.3 A11.0 A11.0 A9.8 A8.4 ARMS current of each reactorIrms(L1,L2)Irms(L1,L2)8.2 A7.2 A6.5 A6.5 A5.9 A5.3 AInput current ripple (I_L1+I_L2)ΔI(in)_pkΔI(in)_pk1.632.412.642.481.77Boost Inductor Ripple/AC Current(pk-pk)γ γ7.1%12.0%14.6%15.1%12.0%180uH @11A 6.5A.rms 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 3KW3KW交错式交错式IGBT CRM PFCIGBT CRM PFC的实现的实现 iL1 iL2 iL1+iL2  交错驱动大幅减小输入电流高频纹波 →2只小感值L实现低纹波 →减半的电流大幅降低电感成本 iL2 iL1 iL1+iL2 Vin GRV1 GRV2 L-I Trimming 曲线曲线 33KHz33KHz 工作所需的工作所需的L L値値 可变(饱和)气隙设计 磁芯形状设计 L L- -I TrimmingI Trimming TechniqueTechnique Integrated Integrated MagnMagneticsetics Ⓡ iL1 iL2 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 变频空调高频变频空调高频PFCPFC应用应用 MPU 单相PFC应用 交错式PFC应用  1.5P  2.5P  3.0P  5.0P  7.0P 田村（中国）企业管理有限公司 上海技术研发中心 Change Change the the WorldWorld We SupportingWe Supporting！！ C Cooperationooperation O Optimizationptimization I Innovationnnovation Thank you !Thank you ! (Q&A)(Q&A) Air Conditioner 变频空调 PV Inverter 光伏逆变器 UPS & Converter UPS,电源 APF,SVC 电力谐波整治 Battery Power Station 储能电站 Energy Collector 能量回馈 New-Ene. Automobile 新能源汽车 Elevator 电梯 2016（格力）（格力）PFCPFC电源技术及其空调解决电源技术及其空调解决方案方案 。