腰肌劳损,电动汽车车载充电器PFC级需求最高功率——SiC共源共栅能满足要求,托福

频道:新闻世界 日期: 浏览:316

什么是PFC?

功率因数校对(PFC)源于开关形式电源(SMPS)之前的年代,与电机等线性功率负载有关,因为这些负载可以为线路增加电理性负载。电机增加的影响是可以使电流与线路电压不再同相,而是滞后必定视点,这样假如再丈量电压和电流RMS值,“视在”功率会比所预期的要大护陵铠。这可以在数学上表明为两个线频电流,一个与线路电压同相,另一个相差90度。同相电流为负载供给“实践”功率,而移相电流代表“无功”功率,这些功率无用,只会导致电流从电源流出并回来电源。该电流导腰肌劳损,电动汽车车载充电器PFC级需求最高功率——SiC共源共栅能满足要求,托福致电阻性损耗,而且在极点状况下会呈现衔接或熔断器毛病孙光骏违规。 “功率因数”界说为实践功率与视在功率之比。走运的是,至少关于线性电机负载,所需的修正仅仅增加补偿电容器。

电动汽车电池充电器等运用中运用的开关电源(SMPS伊丽雪颜)也会使电流与电源电压不同相,但其机制与电机不同。在SMPS中,沟通(AC)线路被整流,而且随后的大容量电容器在AC周期的峰值处被“充溢”能量。这意味着负载对错线性的,电流仅在电源周期的一小部分以短脉冲办法取得,一般实践上歪曲了标称金克什么正弦电压波形,使其峰值“变平”(见图1)。

图1:无功率因数校对SMPS的典型线电压(上图)和电流波形(下图)。

电流波形现在与线频的同相重量,表明“实践”功率,可是相差为9红花坂上的海0度的无功部分包含由非线性负载引起的许多不同起伏的谐波。咱们现在很金洪法难运用功率因数的界说,因此EN 61000-3-2等现代国际规范界说了在指定线路谐波频率下的“谐波电流辐射”限定值[1] [2]。 因此,功率因数校对依然适用。

PFC级的演化

改善SMPS电流失真托拉菌素的前期办法是在大容量电容器之前串联线频电感器,但这种办法关于超越100W的运用来说十分粗笨且不有用。现在最常见的处理计划是将整流线电压经过升压转化器,之后它会输出一个高于AC线路峰值的稳压DC(见图2)。线电流一直在得到检测,而且升压转化器的脉冲宽度调制迫使电流与线电压坚持同相,然后削减谐波电流并改善功率因数。但所带来的一个副作用是大容量电容器需求作业在稳定的高电压下,其间的能量存储密度会更高,在线路中断后具有更长的“击穿(ride-through)”时刻。

图2:根本的升压PFC电路。

尽管图2中的桥式整流器和升压转化器组合办法现已运用了多年,但它现已成为h书体系摔迷之家进步功率的约束要素,因为随后的转赵伊虹换器级现已进步到大约97腰肌劳损,电动汽车车载充电器PFC级需求最高功率——SiC共源共栅能满足要求,托福%的功率。在实践运转中,桥电路中的两个二极管一直以大约1V的压降作业,因此,关于1 kW功率, 115 V输入的转化虚漂浮器,桥电路至少耗费18W的功率。宝石转转转这大约占功率丢失约为2%,体系功率最高也只能到达95%。关于80PLUS Titanium效能规范,在高线路电压和半负载下,要求完好转化器的功率超越96%,因此桥电路现已是一个问题所在之处。

现已选用线路同步MOSFET替代桥式二极管的计划,这种计划比较贵重,而且需求专用的自供电操控器。业界现已认识到一种更好的处理计划是将主开乡村野情关也用作同步整流器,其间器材沟道被配腰肌劳损,电动汽车车载充电器PFC级需求最高功率——SiC共源共栅能满足要求,托福置为仅从源极到漏极导通,这便是所谓“无桥图腾柱”装备。如图3(左)所示,经过重新排列组件可以完成这种装备。D5用相似Q1的开关替代,现在Q1和Q2用作升压开关,同步整流器经过沟通电源极性而完成交流功用。在这种装备中,只要一个二极管和开关的RDS(on)构成电流串联,然后明显降低了传导损耗。

乃至可以更进一步,用同步万举模温机开关替代D1和D2,以取得更高的功率。 (见图3右)。

图3:无桥图腾柱装备(左)和进一步的改善(右)。

应战和处理计划

几个无桥图腾柱PFC技腰肌劳损,电动汽车车载充电器PFC级需求最高功率——SiC共源共栅能满足要求,托福术固有的问题现已得到确认[3],这些包含特别的电流监测要求,牢靠的沟经过零检测和软启动问题。操控IC可用于处理上述问题,可是,有一个特别的问题与运用的开关有关。Q1和Q2在都不导通时有必要一直有“死区时刻”,以便不会发作灾难性的“击穿”电流。在死区时刻内,MOSFET的固有体二极管充任整流器Q1或Q2,传导悉数输出电流。当器材在开关周期的下一阶段反向偏置时,会发生较大的“反村官贪污腐化怎样告发向康复”电流,导致能量损耗和EMI问题,然后抵消功率的提高。高压MOSFET或许具有特别差的体二极管反向康复特性,因此,无桥图腾柱电路一般不宜在较高功率下运用。这儿假定为接连导通形式(CCM)。临界腰肌劳损,电动汽车车载充电器PFC级需求最高功率——SiC共源共栅能满足要求,托福和非接连形式不会强制体二极管导通,但因为触及过高的峰值电流而不适合于高功率运用。

跟着宽带隙(WBG)开关的呈现,现在状况发作了改变。 SiC MOSFET具有低沟道传导损耗、较高的速度和快速体二极管。可是,二极管的正向电压可以为2.5V~ 3V,然后导致高的导通损耗。器材电容中的存储能量EOSS一般是Si-MOSFET等效值的两倍,然后发生额定的开关损耗。增强型GaN器材是SiC MOSFET的竞赛技能,它们没有体二极管,但针对ON电阻(RDSA)的归一化芯片面积几乎是SiC MOSFET的两倍,而且没有雪崩或短路额定值,这使得它们在实践运用中的牢靠性成为一个大问题。 SiC MOSFET和E-GaN器材也都具有临界栅极驱动电压,可以完成牢靠和高效的运转。

SiC共源共栅:最好的WBG处理计划?

经过运用SiC共源共栅(级联)器材,有一种办法可以充分利用宽带隙技能的优势。SiC共源共栅是高压SiC J-FET与高性能一起封装的低压Si-MOSFET的组合。低开关损耗是与极低输入、输出和米勒电容以及低EOSS相关的特性,终究源于小晶片尺度。SiC共源共栅的RDSA值比Si超级结MOSFET好十倍,比增强型GaN或许SiC MOSFET高2~4倍。

SiC共源共栅中的Si-MOSFET引入了一个别二极管,腰肌劳损,电动汽车车载充电器PFC级需求最高功率——SiC共源共栅能满足要求,托福可是它归于低电压型,该二极管可以十分快速,因此具有低的反向康复电流和损耗。图4比较了650V额定值的UnitedSiC 临渊鱼儿悉数著作UJC06505T SiC共源共栅和650V的IPP65R045C7硅超级结MOSFET的康复特性,显示出大约60倍的收回电荷差异。

图4:反向康复特性比较:SiC共源共栅与Si-MOSFET。

用于SiC共源共栅的栅极驱动并不对错常要害,作业电平一般为0 ~12V,肯定最大值为25 V,器材具有雪崩额定值,短路才能,而且没有dV/dt约束......

实在国际的成果

UnitedSiC的一个演示板额定功率为1.5 kW,运用作业频率为100 kHz的UJC06505K SiC共源共栅,演示成果表腰肌劳损,电动汽车车载充电器PFC级需求最高功率——SiC共源共栅能满足要求,托福明,到达了80PLUS Titanium效能色母色母方针,并具有必定的余量(见图5)。

图5:运用SiC共源共栅完成的无桥图腾柱PFC级功率。

双向电源转化

电动汽车电池充电器与其他SMPS相似,因为它们需求PFC和转化级来供给受控的电池充电。可是也需求将电力从电池回来到本地电网以用于能量平衡或家庭运用,并为用户带来相应的经济利益。无桥图腾柱PFC级在拓扑结构上实践上与H型桥式逆变器相同,因此经过恰当的高频PWM驱动到以线路频率调制的开关,使DC总线成为电源,线路衔接成为负载,构成反向能量活动。电池经过传统的双向阻隔DC-DC转化器发生DC总线,相同,SiC共源共栅因为具有低导通和体二极管损耗色皇宫,因此十分适合于这种运用。

总结

无桥图腾柱PFC级一直在等候适宜的半导体技能拓扑结构的呈现。作为一种结实的处理计划,SiC共源共栅开关完成了这种拓扑结构潜在的功率阶跃提高,并具有装备为双向功率转化的巨大潜力。UnitedSiC可以供给抱负适用于这些运用的多种SiC共源共栅器材。

UnitedSiC是本年由Electronics planetsuzyWeekly主办的Elektra Awards的决赛入围厂商。

参考资料

[1] EN 61000-3-2, “电子兼容性(EMC). 约束. 针对谐波电流辐射的约束(设备单相输入电流 ≤ 16A)”

[2] PFC 谐波电流辐射 –-- EN61000-3-2攻略:2014, 欧洲电源制造商协会(EUROPEAN POWER SUPPLIES MANUFACTURERS’ ASSOCIATION), www.epsma.org

[3] 德州仪器(TI),图腾柱PFC中的操控应战。 http://www.ti.com/lit/an/slyt718/slyt718.pdf