1. 概述

随着汽车走近千家万户，汽车距离我们越来越近，环保要求的迫切，电动汽车和电池混合动力汽车的增速越来越快。电动汽车三大配件中 OBC 的需求量越来越大，大功率 OBC 要求高功率因数和低的 THD ，才能符合电网要求。 主动 PFC 线路应用能够解决这一切问题。以下是 6.6KW OBC PFC 的关键器件参数实际计算过程。

1.1  规格参数

2. 原理

2.1 无桥 PFC 线路图

Q1 Q2 是两个高频桥臂，通过控制电感中电流实现 Boost 升压， Q3 Q4 为低频桥臂，配合 Q1 Q2 实现输入交流相位的跟随。 L 为PFC电感负责储能和升压作用。

图 1 无桥 PFC 线路示意图

2.2 PFC 电感电流波形

    PFC 电感工作在 CCM （Continuous Current Mode） 模式，控制策略为 CCM-Average Current Mode。

图2 PFC 电感电流波形

1. PFC 参数计算

3.1 计算原理

通过 Pout=Pin*η，由于损耗能量模型复杂，计算时候采用理想电感和理想电容等条件的计算方式，结果实际为近似值。不影响实际应用。

应用到的注释：

Pin       输入功率

Pout       输出功率

η      转换效率

Vin          输入电压

Vout       PFC输出电压

Iin             输入电流

Iout            输出电流

Iin(Rms)        输入电流有效值

Iin(rms max)   输入电流有效值最大值

IL（ripple）      电感高频纹波电流峰峰值

IL（Peak）     电感高频电流最大值

D         占空比

C（min）         BUCK 电容最小值

3.2 计算步骤

步骤 1 确定输入功率最高点，预估输入功率值。输出最大功率 6.6KW，在 AC 219V时候整机达到输入功率最大值。

Pin=Pout /η=6600W/0.94=7021W  

步骤 2 计算 PFC 输出电流最大值  

    Iout= Pout / η / Vout =6600W/0.96/400V=17.19A              

步骤 3 确定 OBC 输入电流最大值 32A。

     Iin(Rms max)=32A                  

步骤 4 计算输入电流峰值，并确定 PFC 电感工频电流峰值。输入工频的峰值电流。电感电流平滑后和该电流值相等。

    Iin(max)= Iin(Rms max) * 1.414=32A * 1.414=45.248A    

步骤 5 计算 PFC 电感高频电流峰峰值， PFC 高频纹波电流取输入电流峰值的20% 。

    IL（ripple）= Iin(max) * 0.2=45.248A * 0.2=9.05A

步骤 6 计算电感电流峰值，电感电流最大值约等于 49.77A 。

IL（Peak）= Iin(max) + 0.5 * IL（ripple）=45.248A + 4.525A=49.773

步骤 7 确定输入最大功率点处波峰的占空比

    D=（Vout – Vin）/ Vout=（400V-219V * 1.414）/400V=0.2275  

步骤 8 计算出 PFC 电感量的最小值。此时 f 频率取 80KHz，计算值为电感选取的最小值。实际使用参数必须大于 97.23uH 。

       L（min）=D(1-D) * Vout / (IL（ripple）* f) =0.176 * 400V/(9.05A * 80KHz)=97.23uH  

步骤 9 计算 PFC 电感线径。 线圈选择电流密度为 5A/平方毫米，那么可以计算出我们需要用的漆包线的线径为 1.8mm 。

φ= ( IL（Peak） / (5×3.14))= (49.77A/(5×3.14))=3.6mm

可以根据计算出来的电感量 97.23uH，我们实际为了方便选取电感值在100uH 以上，线径选择 1.8mm。可以选择相应大小的磁芯进行确定最终 PFC 电感规格。

步骤 10 计算 BUCK 电解电容最小容量。在满功率时候 BUCK 电容选取值大于 2190uF，由于线路中负载为电池不需要考虑掉电保持，实际选值会在 2189uF左右。

    C（min）= Iout/(3.14 * 2 * fac * Vout(ripple)) =17.19A/(3.14 * 2 * 50 * 25V)=2189uF

步骤 11   计算 PFC H 桥臂 MOS 承受最大电流和导通损耗功率及承受电压值。

    电感电流和流经 H 桥臂上电流相等，可以知道四个 MOS 上流过的最大电流值为 IL（Peak）=49.77A ,所选 MOS 电流规格要大于 49.77A。 MOS 承受电压会被相互钳位在 BUCK 上，因此承受电压会稍大于 BUCK 电容上电压，选常规 650V 耐压 MOS 足够。

    流经 MOS 电流有效值等于输入电流 Iin(Rms max)=32A ,在工频周期内各工作一半时间，所选 MOS 内阻为 40mΩ。

MOS 导通损耗功率为 0.5 * I² * R=0.5 * 32A² * 0.04Ω=20.48W

3.3 选型结果

2. 参考资料

《开关电源的原理与设计》（张占松，蔡宣三）