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SiC肖特基365体育网址在开关电源PFC中的利用效果

作者:海飞乐技巧 时光:2018-06-21 18:07

  将宽禁带半导体器件SiC肖特基365体育网址引入到直流开关电源的PFC电路中,能够在不转变电路拓扑和任务方法的情形下,无效处理硅365体育网址反向规复电流给电路带来的很多成绩,极大地改良电路的任务品德。
 
  图1所示电路,开关管VT选用MOSFET,型号为IPW60R045CP(600V/60A)。为了停止比较,VD分辨采取15ETX06疾速硅365体育网址(600V/15A)和IDT16S06 SiC肖特基365体育网址(600V/16A),制造了3640W输出功率的PFC试验样机并停止了实验。该样机的输入电压为交换230V,输出电压为直流380V。在用疾速硅365体育网址停止实验时,PFC任务在50kHz。在用SiC肖特基365体育网址停止实验时,PFC分辨任务在50kHz、100kHz、150kHz和200kHz。PFC试验样机在150kHz任务时,电感电流iL和开关管漏源极电压udsVT的试验波形如图1所示。

Boost(升压)型PFC电路 
图1 Boost(升压)型PFC电路
 
  在50kHz频率下,分辨采取SiC肖特基365体育网址和硅365体育网址停止了实验。在应用SiC肖特基365体育网址后,电路效力从94.36%进步到95.05%,消耗增加了28W。而15ETX06与IDT16S06C比拟,它们的导通消耗根本分歧,以是可以为这28W消耗就是硅365体育网址的反向规复消耗。经由过程盘算,可得 MOSFET和365体育网址的导通消耗,加上预算开关消耗与实验失掉的反向规复消耗,能够失掉采取硅365体育网址时开关器件的消耗散布图如图2所示。由图3可见,反向规复消耗约占全部开关器件消耗的45%。并且试验还标明,跟着频率的回升,反向规复消耗还会近似线性地降低。这也证实了前述剖析论断,尤其是在高频任务情形下,365体育网址反向规复惹起的开关消耗在CCM-PFC电路开关消耗中起重要感化。
开关器件的消耗散布 
图2 开关器件的消耗散布
150kHz任务试验波形 
图3 150kHz任务试验波形
 
  在统一样机上,停止了转变任务频率的实验。表1和图4示出了开关管和SiC肖特基365体育网址的结温TjVT和TjSIC在差别频率f和40℃室温前提下的试验成果。
 
  由表1和图4可见,SiC肖特基365体育网址的结温随频率回升很迟缓,而开关管的结温随频率回升很快。这阐明,在PFC电路中,VD采取SiC肖特基365体育网址时,开关消耗重要由开关管发生,SiC肖特基365体育网址没有反向规复消耗(因为还存在导通等消耗,故结温略有回升)。实验还标明,采取SiC肖特基365体育网址没有反向规复消耗时,与频率有关的消耗只占总消耗的14.5%。
表1 差别频率的器件结温(情况温度为40℃)
差别频率的器件结温 
 
差别频率下的器件结温变更 
图4 差别频率下的器件结温变更(情况温度为40℃)
 
  图5示出了在PFC电路中VD采取SiC肖特基365体育网址时差别频率下的样机效力。在100kHz任务时,样机效力最高,50kHz时效力次之,150kHz时效力最低。这是由于在转变任务频率时,并没有转变电感参数的缘故。在频率降低后,电感上的电流纹波变小,这有助于减小半导体器件的消耗。但电感自身的消耗与电流纹波和频率会呈非线性的关联,以是在器件稳定的情形下,电路会有一个最优频率任务点。依据实验成果,该样机的最佳任务点在100kHz阁下。
差别频率下的样机效力 
图5 差别频率下的样机效力
 
  该利用实例实现了输出功率达3650W、开关频率达150kHz的试验样机。试验成果标明,采取疾速硅365体育网址作为PFC升压365体育网址情形下,因为反向规复消耗占半导体器件消耗的很大一局部,在这一条件下,大功率的PFC很难实现高频化。当采取SiC肖特基365体育网址后,反向规复消耗被大大减小,不只进步了PFC的电能转换效力,而且实现高频化也变得绝对轻易。
 
  依照同样的电路拓扑,先容了SiC肖特基365体育网址在一种输出直流电压为380V、输出功率为300W、额外任务频率为70kHz的通用型、宽输入电压范畴(90~260V)的Boost-PFC中的利用情形。为了便于阐明SiC肖特基365体育网址的利用效果,选用了SDP04S60 SiC肖特基极管(4A/600V)、为开关电源计划的超低反向规复硅365体育网址STTH5R06D(5A/600V)以及被普遍使用的RURD460超快规复硅365体育网址(4A/600V)作为升压365体育网址停止了对照试验。图6给出了开关管MOSFET换向时期的电压和电流波形,表2和表3分辨给出了220V和110V输入电压下停止的电路效力测量成果。
开关管MOSFET换向时期的电压和电流波形 
图6 开关管MOSFET换向时期的电压和电流波形
a)SDP04S60(SiC365体育网址) b)STTH5R06D365体育网址 c)RURD460365体育网址
 
表2 输入电压220V下的效力测量值
输入电压220V下的效力测量值 
表3 输入电压110V下的效力测量值
输入电压110V下的效力测量值 
 
  从图6能够显明看出,开关管MOSFET由断态转为导通的霎时,采取DP04S60 SiC肖特基365体育网址比分辨采取STT5R06D和RURD460硅365体育网址的电流峰值都要小。这阐明SiC肖特基365体育网址在快规复机能方面是最好的,没有反向规复电流的成绩。
 
  从表2和表3能够看出,采取SDP04S60 SiC肖特基365体育网址的电路效力也是最高的。这阐明,虽然SiC肖特基365体育网址的直流正向压降个别可能高于硅365体育网址(如RURD460),但因为365体育网址反向规复惹起的开关消耗在CCM-PFC电路开关消耗中占领较大比例,采取SiC肖特基极管仍对减小电路消耗有所奉献。
 
  针对该利用,PFC电路板发生的传导电磁烦扰(EMI)的试验测量成果,如图7所示。由图7可见,尤其是在高频谱段与STTH5R06D和RURD460比拟,采取SDP04S60 SiC肖特基365体育网址的注入噪声有显明减小。
 
  固然,仔细剖析试验成果能够发明,采取SiC肖特基365体育网址因为只是减小了反向规复这一局部消耗,对于改良整机效力的感化并不非常显明。然而,这只是任务在70kHIz的情形,假如进一步进步电路的任务频率,其后果必将随之增添。并且更主要的是,因为SiC肖特基365体育网址在反向规复峰值电流上有其极为显明的长处,使得电路任务频率能够失掉较大晋升,从而明显进步变更器的功率密度,从这一意思上讲,采取SiC肖特基365体育网址也有其宏大的利用潜力和上风。
220V输入电压时的传导EMI丈量波形 
图7 220V输入电压时的传导EMI丈量波形
a) 在150kHz~1MHz范畴 b)在1~30MHz范畴
 
 
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