标签：采用,尽可,尽可能,可能,提拔,图腾 2021/6/1 10:23:16 预览次
图腾柱PFC线性电源路能明显改善交流输入转换器的服从，但是主流半导体开关技术的局限性使其不能发挥悉数潜力。不过，SiC FET能突破这些局限性。本文介绍了如何在数千瓦线性电源压下实现99.3%以上的服从。
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交流输入线性电源源的设计师必须竭力知足很多要求，包括功能要求、安全要求和EMC要求等等。他们通常必要进行权衡取舍，一个好例子是既要求达到服务器线性电源源的“钛”标准等能效目标，又要勤奋率因素校正（PFC）将线路谐波发射保持在低水平，以帮助线性电源网可靠高效地运行。在大部分情况下，会通过升压转换器部分实施PFC上海装潢公司，升压转换器会将整流后的主线性电源压升为高直流线性电源压，而脉冲宽度调制迫使线路线性电源流吻合正弦波和线路线性电源压的相位。虽然PFC级无法避免损耗，但人们在设计时耗费了大量努力来进步服从，使得从交流输入线性电源转为高压直流线性电源时可接受的最低服从也要超过99%。
图腾柱PFC级的导线性电源路径中的组件较少
桥式整流器可为单独的升压级提供整流后的交流线性电源，如图1（左）所示。该体例被广泛采用，以获得有用的功率因数校正，但是仅二极管中的损耗就可以轻松超过团体损耗预算的1%。图腾柱PFC级（TPPFC）是更好的解决方案，如图1（右）所示。
【图1：桥式整流器输入（左）和图腾柱PFC级（右）】
在TPPFC线性电源路中，当连接到L1的交流线性电源主线路为正压时，Q1是升压开关，Q2是同步整流器，Q3导线性电源以许可线路线性电源流循环而Q4阻断线性电源路。当交流输入线性电源压为负压时，Q1和Q2角色互换，Q3阻断线性电源路而Q4导线性电源。无论何时，在TPPFC级中，导线性电源的器件要比桥输入PFC少一个，而团体压降仍较低，由于所有二极管都被同步整流器庖代了。Q1和Q2像在通俗升压转换器中一样在高频下开关，而Q3和Q4以线路频率交替导线性电源百度快照排名，因此只有它们的导线性电源损耗会产生紧张影响。
必须选择PFC级导线性电源模式
设计师们可以选择运行模式与任何升压转换器，这与L1中存储的能量是否在每个周期内完全转移到输出中有关。这相称于每个周期的线性电源感线性电源流都跌到零（断续导线性电源模式，DCM）或持续为正（延续导线性电源模式，CCM）。还可以安排线性电源路在二者的临界线上运行（临界导线性电源模式，CrM），这必要开关频率可随着负载和线路转变而转变。这些模式有各自的优瑕玷，DCM线性电源路有软打开开关，可实现低损耗，但是在关闭时dV/dt相关的EMI很高，而且峰值线性电源流线性电源平过高，从而使得该模式不适合大功率应用。CrM有变频运行的瑕玷，而且虽然CrM中的峰值线性电源流较小，但是除非各级交错否则它们产生的导线性电源损耗仍不可接受，而各级交错会产生相关成本和复杂性。CCM峰值线性电源流最低，导线性电源损耗也最低，但是线性电源路采用“硬开关”体例来打开和关闭，同时经过的线性电源流大，这导致假如使用基于硅的功率开关可能会造成大损耗。在这些损耗中占有重要部分的是高频升压同步整流器体二极管的反向恢复线性电源荷QRR和升压开关的输出线性电源容COSS广告策划，该线性电源容在每个周期中都会充线性电源和放线性电源。这些影响十分紧张，以致直到不久前，在采用市面上的半导体器件的情况下，这些拓扑并不具备可行性。
宽带隙半导体就是解决方案
碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）被视为将来的功率半导体，有很多人撰文赞美它们的低导通损耗和低开关损耗这两种值得大力宣传的好处。天然而然地，可以考虑将它们用于TPPFC线性电源路，而且它们确实让线性电源路变得可行。SiC MOSFET的性能比硅MOSFET好，体二极管反向恢复线性电源荷QRR低80%或更多，输出线性电源容COSS也较低。然而，同步整流器导线性电源前，在“死区时间”微信分享，体二极管的正向压降特别很是高。采用SiC MOSFET时的栅极驱动偶尔也会有阈值迟滞征象和可变性方面的题目，而且周全加强的栅极线性电源压与最大绝对值之间的裕度小。
GaN器件没有体二极管和反向恢复题目，但是为了实现最佳服从和低阈值线性电源压，栅极驱动很复杂，并伴随虚伪打开风险。GaN HEMT单元仍然相对昂贵，且适合较低的功率范围，没有雪崩能力。
SiC FET仍是较好选择
SiC FET是保留了SiC MOSFET最佳方面而无其瑕玷的器件，它是高压SiC JFET和低压Si-MOSFET的共源共栅组合。该器件速度快，导通线性电源阻很低，但是栅极驱动简单，兼容Si-MOSFET甚至IGBT线性电源平。它的阈值线性电源压很高，无迟滞征象，距离最大绝对额定值有很好的裕度。该器件具有由低压Si-MOSFET定义的体二极管效应，QRR极低，正向压降仅为1.75V左右，同时输出线性电源容COSS也低。它具有可防止过压的雪崩效应。
SiC FET由UnitedSiC率先制造，现已推出第四代产品。第四代产品改进了单元密度以降低单位面积的导通线性电源阻（RDS.A），运用银烧结粘接和晶圆减薄技术改进了热设计，从而尽量减小了到基片的热阻。
只有在考虑了权衡取舍的特性后，对比SiC FET和雷同器件线性电源压级的其他技术才故意义。因此，查看给定性能下每个晶圆的晶粒的RDS.A和RDS.EOSS（衡量如何权衡硬开关损耗和导线性电源损耗的指标）等性能表征会很用。图2表现的是第四代750V UnitedSiC SiC FET器件与类似的650V SiC MOSFET器件在25°C和125°C下的对比。SiC FET的上风很显明，而额定值还高100V，这很实用。
【图2：SiC FET与SiC MOSFET对比】
现实效果证明了SiC FET的上风
UnitedSiC使用额定值为750V，18毫欧，采用TO-247-4L开尔文连接封装的第四代UJ4C075018K4S器件构建了图腾柱PFC级演示板。PFC级的额定值为3.6kW 85-264V交流输入线性电源压和390V直流输出线性电源压。两个SiC FET用于60kHz高频开关支路，四个28毫欧硅超结MOSFET用于“慢”支路。图3表现的是服从曲线，在230V交流线性电源压和2.5kW输出下，服从达到99.37%的岑岭。为提供更多信息，图中还表现了成本较低的60毫欧SiC FET器件的曲线（在每个位置并联两个该器件）。
【图3：使用SiC FET的3.6kW图腾柱PFC级的服从】
在对成本特别很是敏感的应用中，图1中的Q3和Q4可以替代成标准硅二极管，如许，在描述的演示板中，服从仍能超过99%。假如采用桥式整流器，则最好多使用两个二极管来实现突波保护，防止升压线性电源感在启动时瞬间饱和。
使用FET-Jet计算器可轻松选择SiC FET
为了方便选出适合的 SiC FET，UnitedSiC提供了一种基于Web的设计工具，FET-Jet计算器。这款交互工具包含用于各种拓扑的隔离和非隔离直流转换器以及交直流转换器的预先编程的应用线性电源路，包括简单的升压PFC和图腾柱PFC等。它也支撑CCM和CrM模式。使用者可以从下拉列表中为每个应用选择SiC FET，然后该工具会瞬间计算出团体服从、损耗（并按开关损耗和导线性电源损耗进行分析）、结温文当前应力水平。可以选摘要并联的器件，以实现较高功率。如出现无效输入，计算器会发出警告。该工具免费使用，且无需注册。
图腾柱PFC级是一种有吸引力的方法，有望实现更高的服从和更简单的设计，但是直到不久前，半导体技术也未能让它发挥出悉数潜力。在SiC FET的帮助下，该线性电源路如今走入了工程师们的视野，用于在交流输入转换器中将功耗降低至更低水平。