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PFC电路内绝缘串联二极管 选型 应用

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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-1-9 10:27:12 | 显示全部楼层 |阅读模式

海飞乐技术(HighSemi)Qlong™ 600V用于高频整流的二极管,该产品,在PFC有很好的应用,主要瞄准一些高效率的应用。

大家知道PFC电路有电感、二极管、MOS管,达到电流波形会跟随电压波形的效果。这颗二极管可以提升PFC的效率,最终提升整个电源的效率。该二极管目前应用于CCM的模式,因为它的特点是反向恢复时间超快,比普通的二极管会快很多,效果接近目前最好的碳化硅产品。我们这个产品因为是基于硅技术,成本比碳化硅低很多,可以提供一个物美价廉的产品。

在不同负载的情况下。Efficiency越来越关键,应用二极管可以提高整体的效率,可以让你轻轻松松达到很高的Efficiency,相比碳化硅可以省很多的钱。

这是PFC的应用,这里是一个很高的电压,当开关合上的时间,如果二极管反向关断的速度不是很快,这里有反向的漏电,因为是从400到地的电位,所以这里会有很大的switching-loss,所以我们的二极管主要是针对降低switching-loss来做的。这是STATE,就是MOS管合上,电流流向是这样的。在STATE时间流过二极管,在这里合上二极管,就会有电流流过来。在hard-switching的时间,在CCM模式上,要降低,要快速关断,会有一个LowTrr和Low Qrr的应用。

这个图是反向时间的波形,波向时间会有很多的ringing,会有很深的recovery、冲击也还有Loss,还有EMI的问题。这个二极管主要是用于解决这方面的问题,我们会非常soft,解决你们EMI的问题,尽可能多的减少辅助网络。

这里是电路的示意图,内部的构造就是用两颗二极管串起来,这里有TO-220和TO-220FP的封装,特点和好处刚才说了是lowQrr; low Trr,VF也是尽可能优化到最低。

这颗二极管还有一个特点,就是工作到最高175℃,给在座的各位工程师带来裕量,让您尽可能多的发挥。这里有softrecovery,可以帮我们降低后面的ringing。这里Highsemi的Qlong™ 技术可以降低leakage,最重要的是我们比碳化硅便宜,这是很好的应用,既可以达到高效率,又可以很便宜,所以很有竞争力。这些是我们已经发布的产品,这是8A的产品,还有15A的产品.。

Qlong™系列,这是TO-220的封装,跟传统的TO-220的封装不一样,在里面加了绝缘,所以这个产品可以直接加在散热片一样,不需要TO-220解封那样,要加一个散热片,那样会带来很多热阻,会有很多的效率损失,我们可以直接贴到散热片上,所以你不用担心。

可能大家有一个疑问,为什么要两个串起来,为什么一个不能做到。这是有一个原因的,基于硅的技术,两个串起来比一个有一个好处就是反向恢复。用一个600V的硅片和两个300V的硅片串起来,反向恢复是不一样的。300V的反向恢复会快,所以我们选用两个300V的串起来。Qrr比600V单颗少很多,所以反向恢复是非常的快,在正向的时候会稍微高一点点,因为是两颗,VF相当于,但这是300V的2,不是600的2,所以比一颗600V的高一点点,但略少于两颗600V的。

经过优化,我们达到一个效果,这里有一张图,这是power losses,红色的是Conductionlosses,略微增加一点,但绿色部分显著减少,Qlong™帮您省掉很多 losses,达到效率的提高。当然这个和这个比,因为是两个硅片,价格比传统价格贵一点点,但是远远便宜过目前的碳化硅。

这是我们的应用,这是PFC电路二极管选型,应用在300W,就是比较低的power rating上面。这是我们测试用的器件,测到这是效率的情况,它会比ultrafast会好很多。还有这里,这是另外一个应用,在1KW的情况,同样用8A二极管,工作频率是70K赫兹,可以轻轻松松达到80+的情况。

我们可以看看测试的数据,tandem和ultrafast相比,大概有1%的效率提升,简单地换一个二极管。我们和siliconcarbon差多少呢?在这里110V的输入差0.5%,已经非常接近silicon carbon,因为大家知道silicon carbon几乎没有反向恢复,反向特性非常好。这个用silicon技术接近它,会比它便宜一多半的样子。

这是230的情况,230的情况下看到silicon技术,Single Diode比较接近Tandem,也比较接近siliconcarbon,但是大家可以看到有0.4的提升,到0.3和silicon carbon的距离。所以,Qlong™是介于silicon carbon和ultrafast之间的一个方案,我去过很多公司,他们高端的就用siliconcarbon,低端的就用ultrafast diode,在中档有一个断层,用ultrafast diode达不到效果的情况下,不得不选择一个非常贵的产品,但是如果说使用碳化硅的情况下,你会感觉有裕量,我就给你这样一个产品,这个产品可以帮你省很多钱,同时也可以达到一个效果。这里还有一个,我想说的是我们比较是碳化硅的8A的产品,普通比较流行的是碳化硅6A产品,所以这里Qlong™8A更接近6A的产品,比较8A的产品效率更高。


Qlong™是海飞乐技术专门为 内绝缘封装 注册之商标。


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2017-3-15 21:22:42 | 显示全部楼层
在功率因数校正(PFC)电路中,600V升压二极管是关键元件,特别是工作在连续模式和苛刻开关条件下的PFC更是这样。在每一个开关周期,二极管的恢复电流流经MOS晶体管,这导致开关中高的“开关通导”功率损耗。对于这种应用,需要最快的600V二极管。为了提高PFC的效率,通常的方法是把三个200V外延恢复二极管串联起来。这必须增加一个平衡网络(每一个二极管并联一个电容和一个电阻),以确保每一个二极管工作在其额定电压内。
海飞乐技术提供一个新颖的解决方案:两个300V二极管串联在一起封装在绝缘的TO-220封装中构成600V(内绝缘快恢复二极管)。这种硅器件是一种超高速二极管,在绝大多数情况下可以对平衡网络加以抑制。
与普通二极管的比较
工作在连续模式和苛刻开关条件下的PFC当晶体管导通时二极管中的电流减少很快(几百安培/微秒)。在此有两种功耗:
1.在二极管中的导电和开关功耗;
2.由于二极管的反向恢复电流引起的在晶体管中的功耗。
开关功耗的主要部分是在MOS晶体管中;用600V(内绝缘快恢复二极管)的总功耗比用普通600V二极管要低,这是由于二极管的小恢复电流所致。
600V(内绝缘快恢复二极管)和普通600V二极管之间的选择主要取决于下面的参数:1.开关频率Fs;2.最小和最大电源电压Vmains;3.二极管的工作结温Tj。开关频率Fs的影响,开关频率越高,内绝缘快恢复二极管比普通的600V二极管更优越。电源电压Vmains的影响:普通600V二极管和内绝缘快恢复二极管之间功耗差(DeltaP)与电源电压的关系,PFC处在条件:Pout=330W,Fs=110kHz,dI/dt=165A/μs,Tj=125℃。在最低的电压时,内绝缘快恢复二极管最好。这是由于当晶体管导通时较高的电流所致。内绝缘快恢复二极管对于工作在110V电源电压下的PFC是更适宜的。
结论:600V 内绝缘快恢复二极管是现在市场上最快的硅600V二极管。本文的分析表明内绝缘快恢复二极管与普通二极管的性能关系依赖于PFC电路的应用参数。内绝缘快恢复二极管最适合对于低输入电压(110V)、高结温和高开关频率。可靠性测试表明,在传统的PFC设计中采用内绝缘快恢复二极管时不需要平衡网络。


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