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PFC電路:死區(qū)時(shí)間理想值的考量

發(fā)布時(shí)間:2023-07-18 來(lái)源:羅姆 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】由于該電路是進(jìn)行同步整流工作的電路,所以我們通過(guò)仿真來(lái)探討高邊(HS)和低邊(LS)SiC MOSFET SCT2450KE的死區(qū)時(shí)間理想值,即不直通的最短時(shí)間。死區(qū)時(shí)間可以通過(guò)仿真工具的PWM控制器參數(shù)TD1(HS)和TD2(LS)來(lái)分別設(shè)置。


關(guān)鍵要點(diǎn)


?橋式電路中的死區(qū)時(shí)間設(shè)置與損耗和安全性有關(guān),因此需要充分確認(rèn)。

?死區(qū)時(shí)間的理想值是不直通的最短時(shí)間。

?由于開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)速度會(huì)受溫度和批次變化等因素影響而發(fā)生波動(dòng),因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中,除了最短時(shí)間外,還應(yīng)留有余量。


在本文中,我們將探討如何估算橋式電路中理想的死區(qū)時(shí)間。


電路示例


電路以Power Device Solution Circuit/AC-DC PFC的一覽表中的仿真電路“A-6. PFC CCM Synchro Vin=200V Iin=2.5A”為例(參考圖1)。關(guān)于更詳細(xì)的電路圖,還可以通過(guò)這里查看。


由于該電路是進(jìn)行同步整流工作的電路,所以我們通過(guò)仿真來(lái)探討高邊(HS)和低邊(LS)SiC MOSFET SCT2450KE的死區(qū)時(shí)間理想值,即不直通的最短時(shí)間。死區(qū)時(shí)間可以通過(guò)仿真工具的PWM控制器參數(shù)TD1(HS)和TD2(LS)來(lái)分別設(shè)置。


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圖1:PFC仿真電路“A-6. PFC CCM Synchro Vin=200V Iin=2.5A”


死區(qū)時(shí)間內(nèi)的損耗


圖2表示死區(qū)時(shí)間內(nèi)的電流流動(dòng)情況。在橋式結(jié)構(gòu)的電路中,要防止直通電流,就需要確保足夠的死區(qū)時(shí)間長(zhǎng)度,但如果將死區(qū)時(shí)間設(shè)置得過(guò)長(zhǎng),會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗增加。這是因?yàn)樵谒绤^(qū)時(shí)間內(nèi),SiC MOSFET處于OFF狀態(tài),因此電流會(huì)流過(guò)體二極管。通常,體二極管的導(dǎo)通損耗比較大,其導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng),損耗越大。


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圖2:死區(qū)時(shí)間內(nèi)的電流流動(dòng)情況


死區(qū)時(shí)間和功率因數(shù)


圖3表示死區(qū)時(shí)間長(zhǎng)度與電感電流IL之間的關(guān)系。如果死區(qū)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),低電壓區(qū)域可能會(huì)變?yōu)閿嗬m(xù)工作狀態(tài),電感電流波形可能會(huì)失真,功率因數(shù)可能會(huì)惡化。因此,從功率因數(shù)的角度來(lái)看,將死區(qū)時(shí)間設(shè)置得過(guò)長(zhǎng)并非好事。


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圖3:死區(qū)時(shí)間長(zhǎng)度與電感電流IL的關(guān)系


探討理想的死區(qū)時(shí)間


圖4表示使死區(qū)時(shí)間變化時(shí)SiC MOSFET的損耗仿真結(jié)果。


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圖4:表示使死區(qū)時(shí)間變化時(shí)SiC MOSFET的損耗仿真結(jié)果


從圖中可以看出,當(dāng)死區(qū)時(shí)間在50ns以下時(shí),損耗會(huì)因流過(guò)直通電流而急劇增加。反之,當(dāng)延長(zhǎng)死區(qū)時(shí)間時(shí),HS SiC MOSFET的體二極管的導(dǎo)通時(shí)間會(huì)變長(zhǎng),因此在這種條件下?lián)p耗也會(huì)增加。SiC MOSFET的損耗最小時(shí),正是死區(qū)時(shí)間最短(沒(méi)有直通電流)時(shí),在本例中為100ns時(shí)。但是,由于開(kāi)關(guān)速度會(huì)隨溫度和批次差異等因素而波動(dòng),因此通常需要留100ns左右的余量。也就是說(shuō),在這種情況下,200ns是理想的死區(qū)時(shí)間。



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