PFC电路,碳化硅二极管

PFC电路简介

PFC的(de)(de)(de)英文全(quan)称为“Power Factor Correction”，意思是“功(gong)率(lv)因(yin)数校正”，功(gong)率(lv)因(yin)数指的(de)(de)(de)是有(you)效功(gong)率(lv)与总(zong)耗(hao)电量（视在(zai)功(gong)率(lv)）之(zhi)间(jian)的(de)(de)(de)关系，也就是有(you)效功(gong)率(lv)除(chu)以总(zong)耗(hao)电量（视在(zai)功(gong)率(lv)）的(de)(de)(de)比值(zhi)。 基(ji)本上功(gong)率(lv)因(yin)数可以衡量电力被有(you)效利用的(de)(de)(de)程度，当功(gong)率(lv)因(yin)数值(zhi)越大，代(dai)表其电力利用率(lv)越高(gao)。

功(gong)率(lv)(lv)因数(shu)(shu)是用(yong)(yong)来衡(heng)量用(yong)(yong)电设(she)备用(yong)(yong)电效率(lv)(lv)的参数(shu)(shu)，低功(gong)率(lv)(lv)因数(shu)(shu)代表低电力(li)效能。为了提高用(yong)(yong)电设(she)备功(gong)率(lv)(lv)因数(shu)(shu)的技术就称为功(gong)率(lv)(lv)因数(shu)(shu)校正。

计算(suan)机(ji)开(kai)关电(dian)源(yuan)是一(yi)种电(dian)容输入型电(dian)路(lu)，其电(dian)流(liu)和(he)电(dian)压之间的(de)相位差会造(zao)成交换功(gong)率(lv)的(de)损(sun)失，此时便需要PFC电(dian)路(lu)提高功(gong)率(lv)因数。目前的(de)PFC有(you)两种，一(yi)种为被动式PFC（也称无源(yuan)PFC）和(he)主动式PFC（也称有(you)源(yuan)式PFC）。

PFC电路基本结构和工作原理

图1为(wei)未加入PFC电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)的整流(liu)(liu)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)的原理方框图，图2为(wei)工作波(bo)(bo)形。通(tong)过分(fen)析，我(wo)们可以(yi)看出．未加入PFC电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)的整流(liu)(liu)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)稳定工作以(yi)后，只(zhi)有在(zai)(zai)(zai)市电(dian)(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)的正(zheng)负峰值附近二极管才导(dao)通(tong)，产生脉(mai)冲(chong)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)。造成离线电(dian)(dian)(dian)(dian)源功率(lv)因数降低的原因在(zai)(zai)(zai)于电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的导(dao)通(tong)角太(tai)小，在(zai)(zai)(zai)半个(ge)周期内(nei)远(yuan)(yuan)远(yuan)(yuan)小于180°，提(ti)高(gao)功率(lv)因数就要设(she)法使电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的波(bo)(bo)形在(zai)(zai)(zai)整个(ge)周期内(nei)追踪电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)的波(bo)(bo)形。

既然造成导通角太(tai)小的原因是整流器后面接人的大(da)容(rong)(rong)量(liang)滤波电(dian)容(rong)(rong)，有源(yuan)PFC电(dian)路基(ji)本思想(xiang)就(jiu)是在整流器和(he)大(da)容(rong)(rong)量(liang)滤波电(dian)容(rong)(rong)之间加入一级初级调整，把两(liang)者进行隔离，此PFC初级调整变换器输(shu)出一个基(ji)本稳定的DC电(dian)压，同时其输(shu)入电(dian)流能(neng)按照(zhao)和(he)市电(dian)一样的正弦(xian)规律变化。

图3所示电(dian)路(lu)(lu)为(wei)加入PFC电(dian)路(lu)(lu)的(de)(de)基(ji)本结(jie)构和(he)工(gong)作原理。通过(guo)比(bi)较，我(wo)们可以比(bi)较明确看(kan)出PFC电(dian)路(lu)(lu)在电(dian)源电(dian)路(lu)(lu)结(jie)构中(zhong)的(de)(de)位置和(he)作用。尽管(guan)PFC电(dian)路(lu)(lu)的(de)(de)具体形式(shi)繁多(duo)，不尽相同，工(gong)作模式(shi)也不一样（CCM电(dian)流连续型、DCM不连续型、CRM临界型），但基(ji)本的(de)(de)结(jie)构大(da)同小(xiao)异(yi)，大(da)部分(fen)都是采(cai)用升压(ya)的(de)(de)boost拓扑结(jie)构，因(yin)为(wei)这(zhei)(zhei)种(zhong)电(dian)路(lu)(lu)形式(shi)优点比(bi)较多(duo)。这(zhei)(zhei)也是一种(zhong)典(dian)型的(de)(de)升压(ya)开(kai)关电(dian)路(lu)(lu)，基(ji)本的(de)(de)思想(xiang)就(jiu)是前面说的(de)(de)把整流电(dian)路(lu)(lu)和(he)大(da)滤(lv)波(bo)电(dian)容(rong)分(fen)割(ge)，通过(guo)控制PFC开(kai)关管(guan)的(de)(de)导(dao)通使输入电(dian)流能跟踪输入电(dian)压(ya)的(de)(de)变(bian)化。

工作原理并不复(fu)杂，彻底(di)搞清(qing)楚这个基本电(dian)路的(de)原理，就能(neng)触类旁通，给独立(li)分析电(dian)路打下基础。在这个电(dian)路中，PFC电(dian)感(gan)L在MOS开(kai)(kai)关(guan)管(guan)0导通时(shi)(shi)储存能(neng)量(liang)，在开(kai)(kai)关(guan)管(guan)截止时(shi)(shi)，电(dian)感(gan)L上感(gan)应出右(you)正左负的(de)电(dian)压，将导通时(shi)(shi)储存的(de)能(neng)量(liang)通过(guo)升压二极(ji)管(guan)Dl对(dui)大的(de)滤波电(dian)容充(chong)电(dian)，输出能(neng)量(liang)，只不过(guo)其(qi)输入的(de)电(dian)压是(shi)没有经过(guo)滤波的(de)脉动电(dian)压。值得注意的(de)是(shi)，平板电(dian)视大部分PFC电(dian)感(gan)L上大都并联着一个二极(ji)管(guan)D2，该二极(ji)管(guan)D2具(ju)有保护作用。

单级PFC电路与两级PFC电路区别

（一）两级型的PFC电路

两(liang)级(ji)PFC 电(dian)路(lu)由一个功率因(yin)数调(diao)节器（PFC） 和DCIDC 变换(huan)器串联(lian)而(er)成，如下(xia)图所示(shi)。前者(zhe)主要负责(ze)正弦化输入电(dian)流(liu)，使电(dian)压(ya)(ya)电(dian)流(liu)同相位，后者(zhe)主要负责(ze)调(diao)整输出电(dian)压(ya)(ya)，通过(guo)DCDC 变化得到可以利用的(de)电(dian)压(ya)(ya)。

这种(zhong)类型拓扑的(de)(de)(de)(de)优点(dian)有(you)： 可以(yi)(yi)在(zai)得(de)到(dao)高输(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)功率(lv)因(yin)数与低(di)输(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)电(dian)(dian)(dian)(dian)流谐(xie)(xie)波(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)同(tong)时(shi)，得(de)到(dao)较(jiao)(jiao)(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)特性(xing)，例如较(jiao)(jiao)(jiao)小的(de)(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)纹波(bo)(bo)，较(jiao)(jiao)(jiao)快的(de)(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)调整(zheng)率(lv)等： 可以(yi)(yi)在(zai)实(shi)现输(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)、输(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)绝缘的(de)(de)(de)(de)同(tong)时(shi)实(shi)现较(jiao)(jiao)(jiao)长的(de)(de)(de)(de)掉电(dian)(dian)(dian)(dian)维持时(shi)间; 电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)能量(liang)存储电(dian)(dian)(dian)(dian)容的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)可控。但是电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)较(jiao)(jiao)(jiao)为复杂，由于(yu)能量(liang)要(yao)被处(chu)理(li)和传递两次，因(yin)此整(zheng)机(ji)效(xiao)率(lv)较(jiao)(jiao)(jiao)低(di)，需要(yao)两套控制电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)，成(cheng)本较(jiao)(jiao)(jiao)高。它的(de)(de)(de)(de)应用场(chang)合主要(yao)有(you)： 后(hou)(hou)级(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)对(dui)PFC 电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)特性(xing)要(yao)求较(jiao)(jiao)(jiao)高时(shi)，或整(zheng)个产品对(dui)输(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)电(dian)(dian)(dian)(dian)流质量(liang)要(yao)求较(jiao)(jiao)(jiao)高的(de)(de)(de)(de)场(chang)合“”。一般研究(jiu)(jiu)中(zhong)，只对(dui)前一级(ji)进行研究(jiu)(jiu)，使电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)(de)(de)(de)功率(lv)因(yin)数尽可能接近1，减少谐(xie)(xie)波(bo)(bo)对(dui)电(dian)(dian)(dian)(dian)网的(de)(de)(de)(de)污(wu)染(ran)，后(hou)(hou)一级(ji)只是对(dui)前一级(ji)的(de)(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)做一变化，得(de)到(dao)人(ren)们日常生活中(zhong)所要(yao)用的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)。

在(zai)本文(wen)中，主要(yao)研究两级(ji)功率(lv)(lv)因数校正电(dian)路的(de)功率(lv)(lv)因数校正级(ji)，使功率(lv)(lv)因数达到要(yao)求(qiu)的(de)同时，稳定输(shu)出(chu)电(dian)压，以便(bian)后(hou)面(mian)DCDC变化。

（二）单级型的PFC电路

同两级(ji)PFC 电(dian)(dian)(dian)路(lu)相比(bi)，单级(ji)型的(de)PFC 电(dian)(dian)(dian)路(lu)将PFC级(ji)和DC/DC级(ji)组合在一起，只有(you)一个开(kai)关和一套(tao)控制电(dian)(dian)(dian)路(lu)，同时实现对(dui)输入电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)整(zheng)形和对(dui)输出电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)快速调节530。如下图所示(shi)，控制电(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)作用(yong)是实现对(dui)输出电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)调节，得到稳定的(de)直(zhi)流(liu)(liu)输出电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)，要求电(dian)(dian)(dian)路(lu)必(bi)须(xu)具(ju)有(you)固有(you)的(de)PFC 功(gong)能(neng)，即(ji)在不对(dui)PFC进行控制的(de)情(qing)况下，输入电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)能(neng)够完全或部分跟随输入电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的(de)正弦变化。

众所周知，在(zai)(zai)固定(ding)占(zhan)空比时，工作在(zai)(zai)DCM 模(mo)式的(de)BOOST，BUCK-BOOST，SEPIC，CUK，ZETA 等变换器具有(you)固有(you)的(de)PFC 功能(neng)。为了简化电(dian)路，大部分单级PFC变换器都是(shi)采用BOOST或BUCK-BOOST变换器，工作在(zai)(zai)DCM模(mo)式，实(shi)现输(shu)入(ru)电(dian)流(liu)整形（Input-Current-Shaping ICS）。

PFC电路图

PFC电路专用碳化硅二极管-利盈娱乐（KIA）半导体

PFC电(dian)路专用碳(tan)化(hua)硅二极管型(xing)号如下(xia)：

KIA半导体碳化硅二极管产品特点

KIA半导体设计(ji)生产(chan)的(de)碳化(hua)硅(gui)二(er)极(ji)管(guan)具(ju)有(you)较短的(de)恢复(fu)时(shi)(shi)间、温度对于开(kai)(kai)(kai)关(guan)行为的(de)影响(xiang)较小、标(biao)准工作温度范围为-55℃到175℃，大(da)大(da)降低散热器的(de)需求(qiu)。碳化(hua)硅(gui)二(er)极(ji)管(guan)的(de)主要优势在于它(ta)具(ju)有(you)超快的(de)开(kai)(kai)(kai)关(guan)速度且无反向恢复(fu)电流，与硅(gui)器件相比，它(ta)能够大(da)大(da) 降低开(kai)(kai)(kai)关(guan)损耗(hao)并实(shi)现卓(zhuo)越(yue)的(de)能效。更(geng)快的(de)开(kai)(kai)(kai)关(guan)速度同时(shi)(shi)也能让制造商减小产(chan)品电磁线圈以及相关(guan)无源组(zu)件的(de)尺寸，从而提高(gao)组(zu)装效率，减轻系统重量(liang)，并降低物料（BOM）成本(ben)。

碳化硅二极管应用领域

1、太阳能逆变器(qi)

2、不间(jian)断电源(yuan)

3、电动车(che)

4、HID照明

5、功率因数(shu)校(xiao)正

6、开关(guan)模式电源

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