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PFC電路結構與工作原理-PFC電路專用碳化硅二極管型號手冊-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-03-15 

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PFC電路,碳化硅二極管

PFC電路簡介

PFC的英文全稱為“Power Factor Correction”,意思是“功率因數校正”,功率因數指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關系,也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。 基本上功率因數可以衡量電力被有效利用的程度,當功率因數值越大,代表其電力利用率越高。


功率因數是用來衡量用電設備用電效率的參數,低功率因數代表低電力效能。為了提高用電設備功率因數的技術就稱為功率因數校正。

計算機開關電源是一種電容輸入型電路,其電流和電壓之間的相位差會造成交換功率的損失,此時便需要PFC電路提高功率因數。目前的PFC有兩種,一種為被動式PFC(也稱無源PFC)和主動式PFC(也稱有源式PFC)。


PFC電路基本結構和工作原理

圖1為未加入PFC電路的整流電路的原理方框圖,圖2為工作波形。通過分析,我們可以看出.未加入PFC電路的整流電路穩定工作以后,只有在市電電壓的正負峰值附近二極管才導通,產生脈沖電流。造成離線電源功率因數降低的原因在于電流的導通角太小,在半個周期內遠遠小于180°,提高功率因數就要設法使電流的波形在整個周期內追蹤電壓的波形。


既然造成導通角太小的原因是整流器后面接人的大容量濾波電容,有源PFC電路基本思想就是在整流器和大容量濾波電容之間加入一級初級調整,把兩者進行隔離,此PFC初級調整變換器輸出一個基本穩定的DC電壓,同時其輸入電流能按照和市電一樣的正弦規律變化。


PFC電路,碳化硅二極管


圖3所示電路為加入PFC電路的基本結構和工作原理。通過比較,我們可以比較明確看出PFC電路在電源電路結構中的位置和作用。盡管PFC電路的具體形式繁多,不盡相同,工作模式也不一樣(CCM電流連續型、DCM不連續型、CRM臨界型),但基本的結構大同小異,大部分都是采用升壓的boost拓撲結構,因為這種電路形式優點比較多。這也是一種典型的升壓開關電路,基本的思想就是前面說的把整流電路和大濾波電容分割,通過控制PFC開關管的導通使輸入電流能跟蹤輸入電壓的變化。


工作原理并不復雜,徹底搞清楚這個基本電路的原理,就能觸類旁通,給獨立分析電路打下基礎。在這個電路中,PFC電感L在MOS開關管0導通時儲存能量,在開關管截止時,電感L上感應出右正左負的電壓,將導通時儲存的能量通過升壓二極管Dl對大的濾波電容充電,輸出能量,只不過其輸入的電壓是沒有經過濾波的脈動電壓。值得注意的是,平板電視大部分PFC電感L上大都并聯著一個二極管D2,該二極管D2具有保護作用。


PFC電路,碳化硅二極管


單級PFC電路與兩級PFC電路區別

(一)兩級型的PFC電路

兩級PFC 電路由一個功率因數調節器(PFC) 和DCIDC 變換器串聯而成,如下圖所示。前者主要負責正弦化輸入電流,使電壓電流同相位,后者主要負責調整輸出電壓,通過DCDC 變化得到可以利用的電壓。


這種類型拓撲的優點有: 可以在得到高輸入功率因數與低輸入電流諧波的同時,得到較好的輸出電壓特性,例如較小的輸出電壓紋波,較快的輸出電壓調整率等: 可以在實現輸入、輸出絕緣的同時實現較長的掉電維持時間; 電路中的能量存儲電容的電壓可控。但是電路較為復雜,由于能量要被處理和傳遞兩次,因此整機效率較低,需要兩套控制電路,成本較高。它的應用場合主要有: 后級電路對PFC 電路的輸出特性要求較高時,或整個產品對輸入電流質量要求較高的場合“”。一般研究中,只對前一級進行研究,使電路的功率因數盡可能接近1,減少諧波對電網的污染,后一級只是對前一級的輸出電壓做一變化,得到人們日常生活中所要用的電壓。


在本文中,主要研究兩級功率因數校正電路的功率因數校正級,使功率因數達到要求的同時,穩定輸出電壓,以便后面DCDC變化。


PFC電路,碳化硅二極管


(二)單級型的PFC電路

同兩級PFC 電路相比,單級型的PFC 電路將PFC級和DC/DC級組合在一起,只有一個開關和一套控制電路,同時實現對輸入電流的整形和對輸出電壓的快速調節530。如下圖所示,控制電路的作用是實現對輸出電壓的調節,得到穩定的直流輸出電壓,要求電路必須具有固有的PFC 功能,即在不對PFC進行控制的情況下,輸入電流能夠完全或部分跟隨輸入電壓的正弦變化。


眾所周知,在固定占空比時,工作在DCM 模式的BOOST,BUCK-BOOST,SEPIC,CUK,ZETA 等變換器具有固有的PFC 功能。為了簡化電路,大部分單級PFC變換器都是采用BOOST或BUCK-BOOST變換器,工作在DCM模式,實現輸入電流整形(Input-Current-Shaping ICS)。


PFC電路,碳化硅二極管


PFC電路圖

PFC電路,碳化硅二極管


PFC電路專用碳化硅二極管-可易亞(KIA)半導體

PFC電路專用碳化硅二極管型號如下:


Part Numbe

IFA

VRMV

VF@IF(V)25

Package

KIA4953

-5.3

.30

0.063

TO-220-2

KIA9435

-5.3

-30

0.06

TO-220-2

KIA7P03A

-7.5

-30

0.018

TO-220-2

KIA4435

-10.5

-.0

0.018

TO-220-2



KIA半導體碳化硅二極管產品特點

KIA半導體設計生產的碳化硅二極管具有較短的恢復時間、溫度對于開關行為的影響較小、標準工作溫度范圍為-55℃到175℃,大大降低散熱器的需求。碳化硅二極管的主要優勢在于它具有超快的開關速度且無反向恢復電流,與硅器件相比,它能夠大大 降低開關損耗并實現卓越的能效。更快的開關速度同時也能讓制造商減小產品電磁線圈以及相關無源組件的尺寸,從而提高組裝效率,減輕系統重量,并降低物料(BOM)成本。


碳化硅二極管應用領域

1、太陽能逆變器

2、不間斷電源

3、電動車

4、HID照明

5、功率因數校正

6、開關模式電源


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