高效率PFC電路二極管選擇方案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 高效率PFC電路二極管選擇方案PFC中二極管的新選擇 在功率因數(shù)校正（PFC）電路中，600V升壓二極管是關(guān)鍵元件，特別是工作在連續(xù)模式和苛刻開關(guān)條件下的PFC更是這樣。在每一個開關(guān)周期，二極管的恢復(fù)電流流經(jīng)MOS晶體管，這導(dǎo)致開關(guān)中高的"開關(guān)通導(dǎo)"功率損耗。對于這種應(yīng)用，需要最快的600V二極管。 為了提高PFC的效率，通常的方法是把三個200V外延恢復(fù)二極管串聯(lián)起來。這必須增加一個平衡網(wǎng)絡(luò)（每一個二極管并聯(lián)一個電容和一個電阻），以確保每一個二極管工作在其額定電壓內(nèi)。 ST Microelectronics公司提供一個新穎的解決方案：兩個300

2、V二極管串聯(lián)在一起封裝在絕緣的TO-220封裝中構(gòu)成600V Tandem(串聯(lián)二極管）。這種硅器件是一種超高速二極管，在絕大多數(shù)情況下可以對平衡網(wǎng)絡(luò)加以抑制。 與普通二極管的比較 工作在連續(xù)模式和苛刻開關(guān)條件下的PFC（圖1）當(dāng)晶體管導(dǎo)通時二極管中的電流減少很快（幾百安培/微秒）。 在此有兩種功耗： 在二極管中的導(dǎo)電和開關(guān)功耗； 由于二極管的反向恢復(fù)電流引起的在晶體管中的功耗。 圖2示出同一PFC用不同的二極管（普通的600V二極管STTA806D或600V Tandem STTH806 TTI)的功耗比較，這些結(jié)果是在如下工作條件下得到的：Pout=400W,Fs=150kHz,dI/dt

3、=200A /s,Tj=125，Vmains=110V。從圖2可清楚地看到：開關(guān)功耗的主要部分是在MOS晶體管中；用600V Tandem(STTH806TTI)的總功耗比用普通600V二極管（STTA806D）要低，這是由于二極管的小恢復(fù)電流所致。 Tandem二極管選擇指標(biāo) 600V Tandem和普通600V二極管之間的選擇主要取決于下面的參數(shù)： 開關(guān)頻率Fs; 最小和最大電源電壓Vmains; 二極管的工作結(jié)溫Tj。 1.開關(guān)頻率Fs的影響 開關(guān)頻率越高，超高速STTH806TTI比普通的600V二極管更優(yōu)越。 2.電源電壓Vmains的影響圖3示出普通600V二極管（STTA806D

4、）和SSTH806TTI之間功耗差（DeltaP）與電源電壓的關(guān)系，PFC處在條件：Pout=330W,Fs=110kHz,dI/dt=165A/s,Tj=125。從圖可見，在最低的電壓電壓Tandem二極管最好。這是由于當(dāng)晶體管導(dǎo)通時較高的電流所致。Tandem二極管對于工作在110V電源電壓下的PFC是更適宜的。 3.結(jié)溫的影響 最大反向恢復(fù)電流隨結(jié)溫而增加，所以STTA806D和STTH806TTI之間的功耗差隨結(jié)溫增加。圖4示出STTA806D和STTH806TTI之間的功耗差與二極管工作結(jié)溫的曲線圖，得到此結(jié)果的工作條件是： Pout=330W,F=110kHz,Vmains=85V

5、,dI/dt=165A/s。 結(jié)論 600V Tandem二極管是現(xiàn)在市場上最快的硅600V二極管。本文的分析表明Tandem二極管與普通二極管的性能關(guān)系依賴于PFC電路的應(yīng)用參數(shù)。 Tandem二極管最適合對于低輸入電壓（110V）、高結(jié)溫和高開關(guān)頻率。 可靠性測試表明，在傳統(tǒng)的PFC設(shè)計(jì)中采用Tandem二極管時不需要平衡網(wǎng)絡(luò)選擇正確的功率因數(shù)校正(PFC)拓?fù)?引言 隨著減小諧波標(biāo)準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用，更多的電源設(shè)計(jì)結(jié)合了功率因數(shù)校正 (PFC) 功能。設(shè)計(jì)人員面對著實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腜FC段，并同時滿足其它高效能標(biāo)準(zhǔn)的要求及客戶預(yù)期成本的艱巨任務(wù)。許多新型PFC拓?fù)浜驮x擇的涌現(xiàn)，有助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化其

6、特定應(yīng)用要求的設(shè)計(jì)。由于有源PFC設(shè)計(jì)可以讓設(shè)計(jì)人員以最少的精力滿足高效能規(guī)范的要求，因此在近年來取得了好的發(fā)展。通過簡化主功率轉(zhuǎn)換段的設(shè)計(jì)和減少元件數(shù)目，包括用于通用操作的波段轉(zhuǎn)換開關(guān)和若干占用電容，此設(shè)計(jì)也附帶了一些優(yōu)勢。 拓?fù)溥x擇 由于輸入端存在電感，升壓轉(zhuǎn)換器是提供達(dá)至高功率因數(shù)的方法。此電感使輸入電流整形與線路電壓同相。但是，可以采用不同的方案來控制電感電流的瞬時值，以獲得功率因數(shù)校正。圖1為這些方案的簡要概述。 圖1 PFC工作模式概述a. 臨界導(dǎo)電模式(CRM) PFC-由于控制的設(shè)計(jì)較為簡單，而且可與較低速升壓配合使用，所以在較低功率應(yīng)用中通常采用這方法。近年來，此方法獲創(chuàng)新的

7、改進(jìn)，提升了效率，MC33260 PFC 控制器提供跟隨升壓選項(xiàng)，通過使升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓隨著線路電壓的變化而變化，降低了33%的MOSFET導(dǎo)電損耗，減小了43%的升壓電感尺寸。此外，專為CRM和DCM應(yīng)用而設(shè)計(jì)的升壓可提供更佳的正向壓降(MUR450, MUR550)。然而，CRM PFC仍受到一些限制，如較難過濾的可變頻率和接近零交叉的高開關(guān)頻率。b. 不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM) PFC-此創(chuàng)新的方案延承了CRM的優(yōu)點(diǎn)，并消除了若干限制，安森美半導(dǎo)體的NCP1601 DCM/CRM控制器便是一例。此器件可完全在DCM中工作并保持恒頻，也可以部分在CRM模式中工作。在第二種情況下，峰值電流

8、與CRM維持在同一水平，但最高頻率明顯降低，減輕了濾波負(fù)擔(dān)。降低開關(guān)頻率的另一大優(yōu)點(diǎn)是有助降低輕載或空載功耗，以滿足各種高能效標(biāo)準(zhǔn)。NCP16013具有專利控制架構(gòu)，通過模式轉(zhuǎn)換保持PFC，提供比其它方法更為卓越的性能。圖2顯示了NCP1601A在100W中的應(yīng)用，這種方法簡單且有效-110 Vac和滿載時的功率因數(shù)超過0.99且效率高達(dá)94%。 圖2 NCP1601A DCM PFC控制器用于100W應(yīng)用c. 連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM) PFC-由于這種方案恒頻且峰值電流較小，是較高功率(>250W)應(yīng)用的首選方案。但是，傳統(tǒng)的控制解決方案較為復(fù)雜，牽涉到多個環(huán)路，以及以不精確著稱的模擬乘

9、法器，并需在控制周圍放許多元件。隨著NCP1653(簡單且穩(wěn)固的8引腳CCM PFC控制器)的推出，此方案得以簡化。NCP1653并提供全套保護(hù)特性和跟隨升壓功能。如圖3所示，雖然NCP1653所需元件極少，但其性能卻并不比任何CCM控制器遜色 (110 Vac, 300W時的THD為4%，效率高達(dá)93%)。 圖3 NCP1653 CCM PFC控制器用于300W應(yīng)用選擇標(biāo)準(zhǔn)既然實(shí)行功率因數(shù)校正有多種新興方案可供選擇，那么應(yīng)該如何決定選擇哪種方案呢？以下是簡要的指南，幫助設(shè)計(jì)人員選擇適合的方案。詳細(xì)指南可參閱安森美半導(dǎo)體的PFC手冊。 1. 功率水平 a. 如果功率水平低于150W，最好采用C

10、RM或DCM方案。至於_CRM或DCM，取決于你是想優(yōu)化滿載效率(請采用CRM)；而如欲減少EMI問題(請選擇DCM)。如上所述，NCP1601提供集兩種方案優(yōu)點(diǎn)于一身的極佳選擇方案。 b. 如功率水平高于250W，CCM是首選方案。此方案雖然可保持峰值電流和RMS電流，但必須解決反向恢復(fù)問題。 c. 如功率水平在150W與250W之間，方案的選擇則取決于設(shè)計(jì)人員的磁件設(shè)計(jì)水平(CRM和DCM方案的升壓電感更具挑戰(zhàn)性)，但CCM方案雖然較為昂貴，但較有把握。隨著NCP1653的推出，成本問題已獲解決。 2. 其它系統(tǒng)要求拓?fù)涞倪x擇還取決于其它系統(tǒng)要求。例如，如果需要使系統(tǒng)中的頻率同步，則不能采用CRM。此外，如果第二個功率段可處理較大范圍(在某些功率序列安排中可能需要)的輸入電壓，則應(yīng)選擇跟隨升壓。最后，如果電源的輸出電壓未有嚴(yán)格規(guī)定，則最好采用NCP1651提供的單段隔離P