??SiC肖特基二極管提高升壓型交換器性能
作者：海飛樂技術(shù) 時間：2018-06-06 16:36
①減小總功耗,以減小冷卻部件(散熱片或風(fēng)扇)。
②提高開關(guān)頻率,以減小無源元件尺寸和減小用來降低噪音的EMI濾波器尺寸。
③選用SiC肖特基二極管,以降低總功耗,提高開關(guān)頻率,減小元件尺寸。
SMPS的開關(guān)頻率對功耗的影響很大。如果采用軟開關(guān)技術(shù),能使半導(dǎo)體的導(dǎo)通或關(guān)斷不出現(xiàn)突變,可降低器件的開關(guān)損耗,并允許較高的開關(guān)頻率,但是需要附加無源元件。如果采用傳統(tǒng)的硬開關(guān)技術(shù),則其體積比軟開關(guān)技術(shù)小很多。但是半導(dǎo)體器件的開關(guān)損耗限制了工作頻率。換句話說,硬開關(guān)電源中的功率半導(dǎo)體器件必須顯著地降低功耗才能達到較高的工作頻率。這樣,采用單極器件,如MOSFET和肖特基二極管比用雙極器件有利,因為前者沒有少子存貯效應(yīng)。因此,理論上開關(guān)瞬態(tài)只受很小的寄生電容影響,器件開關(guān)的轉(zhuǎn)換時間減小了,亦即減小了轉(zhuǎn)換時間內(nèi)同時出現(xiàn)的很高的瞬時電流和電壓,可使開關(guān)損耗減至最小。硅肖特基二極管和標(biāo)準(zhǔn)的“超快速”功率二極管相比,前者具有低的正向壓降和較好的正向和反向恢復(fù)特性。但是,較低的擊穿電壓限制它只能用于低壓范圍。
這樣,以功率MOSFET和SIC肖特基二極管組合的硬開關(guān)電路來發(fā)展高開關(guān)頻率電路是可行的。
實驗結(jié)果
英飛凌公司對硬開關(guān)的400W CCM PFC(連續(xù)傳導(dǎo)型功率因數(shù)修正)升壓型變換器進行了性能評價,變換器性能如下:
·寬輸入電壓范圍:85~265V
·輸出功率:400W
·輸出電壓:385V
·功率因數(shù)滿足:EN61000-3-2
·傳導(dǎo)輻射滿足:EN55011-B
·SIC肖特基二極管:SDP04S60
·C001 MOS開關(guān):SPP20N60C3
·測量變換器的效率:140kHz時達到93%,500kHz時降到91.5%。總功耗分別是28W和34W。
實驗表明,提高開關(guān)頻率出現(xiàn)以下情況:
·EMI濾波器,線路整流橋和分流電阻的功耗不變,因此這些元件的尺寸可以不變。
·繞組損耗較低,PFC扼流圈功耗小,因此,它們的體積可進一步減小。
·體電容引入較大的功耗,由于鎖定(hold up)要求,故其容量和體積維持不變。
·功率半導(dǎo)體的開關(guān)損耗顯著增加,因此仍需增大散熱片。
此外,在不同開關(guān)頻率時,使用不同二極管的變換器總功耗也相同,例如:
·在140kHz時,用SIC肖特基二極管取代普通超快速二極管,在輸出功率400W時,可以降低總功耗8.7W,提高效率約2%。
·用140kHz的SIC肖特基二極管取代70kHz的普通超快速二極管,可降低總功耗4W,提高效率1%以上。
·用350kH的SIC肖特基二極管取代70kHz的普通超快速二極管,若維持相同的功耗和散熱片,則可減小PFC扼流圈體積65%。
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