PFC電路,碳化硅二極管

PFC電路簡介

PFC的英文全稱為“Power Factor Correction”，意思是“功率因數(shù)校正”，功率因數(shù)指的是有效功率與總耗電量（視在功率）之間的關(guān)系，也就是有效功率除以總耗電量（視在功率）的比值。 基本上功率因數(shù)可以衡量電力被有效利用的程度，當(dāng)功率因數(shù)值越大，代表其電力利用率越高。

功率因數(shù)是用來衡量用電設(shè)備用電效率的參數(shù)，低功率因數(shù)代表低電力效能。為了提高用電設(shè)備功率因數(shù)的技術(shù)就稱為功率因數(shù)校正。

計(jì)算機(jī)開關(guān)電源是一種電容輸入型電路，其電流和電壓之間的相位差會(huì)造成交換功率的損失，此時(shí)便需要PFC電路提高功率因數(shù)。目前的PFC有兩種，一種為被動(dòng)式PFC（也稱無源PFC）和主動(dòng)式PFC（也稱有源式PFC）。

PFC電路基本結(jié)構(gòu)和工作原理

圖1為未加入PFC電路的整流電路的原理方框圖，圖2為工作波形。通過分析，我們可以看出．未加入PFC電路的整流電路穩(wěn)定工作以后，只有在市電電壓的正負(fù)峰值附近二極管才導(dǎo)通，產(chǎn)生脈沖電流。造成離線電源功率因數(shù)降低的原因在于電流的導(dǎo)通角太小，在半個(gè)周期內(nèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于180°，提高功率因數(shù)就要設(shè)法使電流的波形在整個(gè)周期內(nèi)追蹤電壓的波形。

既然造成導(dǎo)通角太小的原因是整流器后面接人的大容量濾波電容，有源PFC電路基本思想就是在整流器和大容量濾波電容之間加入一級(jí)初級(jí)調(diào)整，把兩者進(jìn)行隔離，此PFC初級(jí)調(diào)整變換器輸出一個(gè)基本穩(wěn)定的DC電壓，同時(shí)其輸入電流能按照和市電一樣的正弦規(guī)律變化。

圖3所示電路為加入PFC電路的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。通過比較，我們可以比較明確看出PFC電路在電源電路結(jié)構(gòu)中的位置和作用。盡管PFC電路的具體形式繁多，不盡相同，工作模式也不一樣（CCM電流連續(xù)型、DCM不連續(xù)型、CRM臨界型），但基本的結(jié)構(gòu)大同小異，大部分都是采用升壓的boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種電路形式優(yōu)點(diǎn)比較多。這也是一種典型的升壓開關(guān)電路，基本的思想就是前面說的把整流電路和大濾波電容分割，通過控制PFC開關(guān)管的導(dǎo)通使輸入電流能跟蹤輸入電壓的變化。

工作原理并不復(fù)雜，徹底搞清楚這個(gè)基本電路的原理，就能觸類旁通，給獨(dú)立分析電路打下基礎(chǔ)。在這個(gè)電路中，PFC電感L在MOS開關(guān)管0導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量，在開關(guān)管截止時(shí)，電感L上感應(yīng)出右正左負(fù)的電壓，將導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的能量通過升壓二極管Dl對(duì)大的濾波電容充電，輸出能量，只不過其輸入的電壓是沒有經(jīng)過濾波的脈動(dòng)電壓。值得注意的是，平板電視大部分PFC電感L上大都并聯(lián)著一個(gè)二極管D2，該二極管D2具有保護(hù)作用。

單級(jí)PFC電路與兩級(jí)PFC電路區(qū)別

（一）兩級(jí)型的PFC電路

兩級(jí)PFC 電路由一個(gè)功率因數(shù)調(diào)節(jié)器（PFC） 和DCIDC 變換器串聯(lián)而成，如下圖所示。前者主要負(fù)責(zé)正弦化輸入電流，使電壓電流同相位，后者主要負(fù)責(zé)調(diào)整輸出電壓，通過DCDC 變化得到可以利用的電壓。

這種類型拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)有： 可以在得到高輸入功率因數(shù)與低輸入電流諧波的同時(shí)，得到較好的輸出電壓特性，例如較小的輸出電壓紋波，較快的輸出電壓調(diào)整率等： 可以在實(shí)現(xiàn)輸入、輸出絕緣的同時(shí)實(shí)現(xiàn)較長的掉電維持時(shí)間; 電路中的能量存儲(chǔ)電容的電壓可控。但是電路較為復(fù)雜，由于能量要被處理和傳遞兩次，因此整機(jī)效率較低，需要兩套控制電路，成本較高。它的應(yīng)用場合主要有： 后級(jí)電路對(duì)PFC 電路的輸出特性要求較高時(shí)，或整個(gè)產(chǎn)品對(duì)輸入電流質(zhì)量要求較高的場合“”。一般研究中，只對(duì)前一級(jí)進(jìn)行研究，使電路的功率因數(shù)盡可能接近1，減少諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，后一級(jí)只是對(duì)前一級(jí)的輸出電壓做一變化，得到人們?nèi)粘Ｉ钪兴玫碾妷骸?/span>

在本文中，主要研究兩級(jí)功率因數(shù)校正電路的功率因數(shù)校正級(jí)，使功率因數(shù)達(dá)到要求的同時(shí)，穩(wěn)定輸出電壓，以便后面DCDC變化。

（二）單級(jí)型的PFC電路

同兩級(jí)PFC 電路相比，單級(jí)型的PFC 電路將PFC級(jí)和DC/DC級(jí)組合在一起，只有一個(gè)開關(guān)和一套控制電路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的整形和對(duì)輸出電壓的快速調(diào)節(jié)530。如下圖所示，控制電路的作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)，得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，要求電路必須具有固有的PFC 功能，即在不對(duì)PFC進(jìn)行控制的情況下，輸入電流能夠完全或部分跟隨輸入電壓的正弦變化。

眾所周知，在固定占空比時(shí)，工作在DCM 模式的BOOST，BUCK-BOOST，SEPIC，CUK，ZETA 等變換器具有固有的PFC 功能。為了簡化電路，大部分單級(jí)PFC變換器都是采用BOOST或BUCK-BOOST變換器，工作在DCM模式，實(shí)現(xiàn)輸入電流整形（Input-Current-Shaping ICS）。

PFC電路圖

PFC電路專用碳化硅二極管-可易亞（KIA）半導(dǎo)體

PFC電路專用碳化硅二極管型號(hào)如下：

KIA半導(dǎo)體碳化硅二極管產(chǎn)品特點(diǎn)

KIA半導(dǎo)體設(shè)計(jì)生產(chǎn)的碳化硅二極管具有較短的恢復(fù)時(shí)間、溫度對(duì)于開關(guān)行為的影響較小、標(biāo)準(zhǔn)工作溫度范圍為-55℃到175℃，大大降低散熱器的需求。碳化硅二極管的主要優(yōu)勢(shì)在于它具有超快的開關(guān)速度且無反向恢復(fù)電流，與硅器件相比，它能夠大大 降低開關(guān)損耗并實(shí)現(xiàn)卓越的能效。更快的開關(guān)速度同時(shí)也能讓制造商減小產(chǎn)品電磁線圈以及相關(guān)無源組件的尺寸，從而提高組裝效率，減輕系統(tǒng)重量，并降低物料（BOM）成本。

碳化硅二極管應(yīng)用領(lǐng)域

1、太陽能逆變器

2、不間斷電源

3、電動(dòng)車

4、HID照明

5、功率因數(shù)校正

6、開關(guān)模式電源

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