最高能效，最低成本: BC²
来源： 作者： 发布时间：2015-04-25 13:05:52 浏览量：
其中PIN 是功率因数校正器的输入功率，Fs是开关频率；VmainsRMS 是RMS电压最大值；IRMmax是在导通dI/dt和最高工作结温条件下的反向恢复电流最大值。
2.5. 小线圈L的电感计算
小线圈L的额定电感有几种计算方式。例如，导通dI/dt的额定值可能是50 A/µs；然后，根据二极管DB的IRM值计算变压比m2和m1。不过，要想满足设计规则，DB的反向电压VRDB_reverse不得超过VRRM的75%，75% x 650 = 487 V；如果VRDB_reverse高于 487 V，就应该降低小线圈L的电感值；因此，也应该提高小线圈L的dI/dt值和DB二极管的 IRM 值。因此，使VRDB_reverse低于 487 V，必须重新计算m1和m2 变压比。但是这种计算方法未能优化小线圈L的电感及其尺寸。一个良好的方法最终应使小线圈的尺寸最小化。意法半导体开发出一个考虑以下所有参数的软件工具：DB二极管的IRM 与电流斜率dI/dt和结温TJ对比、线圈L电感公差、导通功率损耗。这个软件工具的研发目的是帮助设计人员根据应用条件选择最佳的电感。表2列出了两个采用BC²概念的功率因数校正应用示例。
表2:用于不同类型功率因数校正器的L线圈的电感和尺寸
3. 450W功率因数校正器的BC²电路设计
为展示BC²电路的优点，意法半导体开发出一个90- 264 VmainsRMS 的通用系列450 W功率因数校正器，该系列产品采用硬开关模式和一个标准均流式 PWM控制器。我们从导通特性、能效和热测量三个方面对BC2电路与8A碳化硅肖特基二极管进行了对比。
3.1. BC²设计
在评估BC²电路时我们使用了专用二极管，DB采用S绕行电感TTH8BC065DI，D2采用STTH8BC060D，D1采用STTH5BCF060，如图4所示。软件给出了小线圈L的电感、变压比m1和m2 与开关频率的对比值，如表3所示。
表3:NS1、NS2 和L与Fs对比值
3.2. BC&sup一体成型电感2;电路的典型波形
图7 所示是200 kHz功率因数校正器的典型BC²波形。 每次功率MOSFET导通时，就会发生一次电流软开关操作。
这条曲线突出表明D1 和D2 二极管总是处于断续模式；D1 恢复DB的IRM电流；而D2 通过功率因数校正体电容发送小线圈L贮存的电流。如前文所述，在[t0-t1]和[t4-t5]相位，一旦D2 关断，功率晶体管的漏极电压立即降低，关断损耗被消除。
图7:Fs = 200 kHz时的典型 BC² 波形
3.3. 能效比较
我们在两个Vmains电压和140 kHz开关频率条件对BC²和SiC二极管进行了能效比较，如图8 (230 VRMS) 和图9 (90 VRMS)所示。当电源电压230 VRMS时，在全负载条件下，BC²电路比8A碳化硅整流管省电2.25 W，在100W时省电1 W。
在低负载条件下，如[t0-t1]相位所述，因为BC²关断损耗比碳化硅二极管低，NS2 产生的反射电压仍能提高BC²的能效。
一旦功率因数校正器进入断续模式(<100 W)，碳化硅二极管与BC²电路的能效相同，如图8所示。
图8:在230 VRMS时的能效对比
在90 VRMS电压时，软开关法的优点加上COSS 放电节省的电能好处进一步加强了BC²电路的优点。在450W输出功率时，BC²比碳化硅二极管省电5.4 W，在低负载下，因为无关断损耗，BC²比碳化硅二极管省电1.7%。
图9:在90 VRMS时的能效对比
图10:在VmainsRMS = 90 V时，450 W功率因数校正器的三个不同的输出功率和三个开关频率的能效对比
图10 突出了BC²电路软开关法和COSS 放电省电的优势，特别是在低负载下这种优势更加明显。
3.4. 热测量
电流软开关法能够降低开关晶体管的功率损耗，图11所示是在一个功率因数校正应用中，BC²解决方案与碳化硅二极管在功率MOSFET晶体管上产生的温度差(18 °C)。
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