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PFC电路结构与工作原理-PFC电路专用碳化硅二极管型号手册-KIA 98858vip威尼斯

信息来源:本站 日期:2019-03-15 

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PFC电路,碳化硅二极管

PFC电路简介

PFC的英文全称为“Power Factor Correction”,意思是“功率因数校正”,功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系,也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。 基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度,当功率因数值越大,代表其电力利用率越高。


功率因数是用来衡量用电设备用电效率的参数,低功率因数代表低电力效能。为了提高用电设备功率因数的技术就称为功率因数校正。

计算机开关电源是一种电容输入型电路,其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失,此时便需要PFC电路提高功率因数。目前的PFC有两种,一种为被动式PFC(也称无源PFC)和主动式PFC(也称有源式PFC)。


PFC电路基本结构和工作原理

图1为未加入PFC电路的整流电路的原理方框图,图2为工作波形。通过分析,我们可以看出.未加入PFC电路的整流电路稳定工作以后,只有在市电电压的正负峰值附近二极管才导通,产生脉冲电流。造成离线电源功率因数降低的原因在于电流的导通角太小,在半个周期内远远小于180°,提高功率因数就要设法使电流的波形在整个周期内追踪电压的波形。


既然造成导通角太小的原因是整流器后面接人的大容量滤波电容,有源PFC电路基本思想就是在整流器和大容量滤波电容之间加入一级初级调整,把两者进行隔离,此PFC初级调整变换器输出一个基本稳定的DC电压,同时其输入电流能按照和市电一样的正弦规律变化。


PFC电路,碳化硅二极管


图3所示电路为加入PFC电路的基本结构和工作原理。通过比较,我们可以比较明确看出PFC电路在电源电路结构中的位置和作用。尽管PFC电路的具体形式繁多,不尽相同,工作模式也不一样(CCM电流连续型、DCM不连续型、CRM临界型),但基本的结构大同小异,大部分都是采用升压的boost拓扑结构,因为这种电路形式优点比较多。这也是一种典型的升压开关电路,基本的思想就是前面说的把整流电路和大滤波电容分割,通过控制PFC开关管的导通使输入电流能跟踪输入电压的变化。


工作原理并不复杂,彻底搞清楚这个基本电路的原理,就能触类旁通,给独立分析电路打下基础。在这个电路中,PFC电感L在MOS开关管0导通时储存能量,在开关管截止时,电感L上感应出右正左负的电压,将导通时储存的能量通过升压二极管Dl对大的滤波电容充电,输出能量,只不过其输入的电压是没有经过滤波的脉动电压。值得注意的是,平板电视大部分PFC电感L上大都并联着一个二极管D2,该二极管D2具有保护作用。


PFC电路,碳化硅二极管


单级PFC电路与两级PFC电路区别

(一)两级型的PFC电路

两级PFC 电路由一个功率因数调节器(PFC) 和DCIDC 变换器串联而成,如下图所示。前者主要负责正弦化输入电流,使电压电流同相位,后者主要负责调整输出电压,通过DCDC 变化得到可以利用的电压。


这种类型拓扑的优点有: 可以在得到高输入功率因数与低输入电流谐波的同时,得到较好的输出电压特性,例如较小的输出电压纹波,较快的输出电压调整率等: 可以在实现输入、输出绝缘的同时实现较长的掉电维持时间; 电路中的能量存储电容的电压可控。但是电路较为复杂,由于能量要被处理和传递两次,因此整机效率较低,需要两套控制电路,成本较高。它的应用场合主要有: 后级电路对PFC 电路的输出特性要求较高时,或整个产品对输入电流质量要求较高的场合“”。一般研究中,只对前一级进行研究,使电路的功率因数尽可能接近1,减少谐波对电网的污染,后一级只是对前一级的输出电压做一变化,得到人们日常生活中所要用的电压。


在本文中,主要研究两级功率因数校正电路的功率因数校正级,使功率因数达到要求的同时,稳定输出电压,以便后面DCDC变化。


PFC电路,碳化硅二极管


(二)单级型的PFC电路

同两级PFC 电路相比,单级型的PFC 电路将PFC级和DC/DC级组合在一起,只有一个开关和一套控制电路,同时实现对输入电流的整形和对输出电压的快速调节530。如下图所示,控制电路的作用是实现对输出电压的调节,得到稳定的直流输出电压,要求电路必须具有固有的PFC 功能,即在不对PFC进行控制的情况下,输入电流能够完全或部分跟随输入电压的正弦变化。


众所周知,在固定占空比时,工作在DCM 模式的BOOST,BUCK-BOOST,SEPIC,CUK,ZETA 等变换器具有固有的PFC 功能。为了简化电路,大部分单级PFC变换器都是采用BOOST或BUCK-BOOST变换器,工作在DCM模式,实现输入电流整形(Input-Current-Shaping ICS)。


PFC电路,碳化硅二极管


PFC电路图

PFC电路,碳化硅二极管


PFC电路专用碳化硅二极管-可易亚(KIA)半导体

PFC电路专用碳化硅二极管型号如下:


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半导体碳化硅二极管产品特点

KIA半导体设计生产的碳化硅二极管具有较短的恢复时间、温度对于开关行为的影响较小、标准工作温度范围为-55℃到175℃,大大降低散热器的需求。碳化硅二极管的主要优势在于它具有超快的开关速度且无反向恢复电流,与硅器件相比,它能够大大 降低开关损耗并实现卓越的能效。更快的开关速度同时也能让制造商减小产品电磁线圈以及相关无源组件的尺寸,从而提高组装效率,减轻系统重量,并降低物料(BOM)成本。


碳化硅二极管应用领域

1、太阳能逆变器

2、不间断电源

3、电动车

4、HID照明

5、功率因数校正

6、开关模式电源


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