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SIC二极管(碳化硅二极管)在电源中的应用技巧
〖 2024-03-29 | 点击   
功率因数校正(PFC)市场主要受与降低谐波失真有关的全球性规定影响。欧洲的EN61000-3-2是交直流供电市场的基本规定之一,在英国、日本和中国也存在类似的标准。EN61000-3-2规定了所有功耗超过75W的离线设备的谐波标准。由于北美没有管理PFC的规定,能源节省和空间/成本的考虑成为在消费类产品、计算机和通信领域中必须使用PFC的附加驱动因素。


主动PFC有两种通用模式:使用三角形和梯形电流波形的不连续电流模式(DCM)和连续电流模式(CCM)。DCM模式一般用于输出功率在75W到300W之间的应用;CCM模式用于输出功率大于300W的应用。当输出功率超过250W时,PFC具有成本效益,因为其它方面(比如效率)得到了补偿性的提高,因此实际上不增加额外的成本。

主动PFC是服务器系统架构(SSI)一致性的要求:供电模块应该采用带主动功率因数校正的通用电源输入,从而可以减少谐波,符合EN61000-3-2和JEIDA MITI标准。这就需要高功率密度应用能够提供较宽的输入电压范围(85~265V),从而给PFC级电路使用的半导体提出了特殊的要求。

在输入85V交流电压时,必须有最低的Rdson,因为传导热损失与输入电压的3次方成反比关系。这种MOSFET管的高频工作能够显著减少升压抑制。因此晶体管的快速开关特性是必须的。升压二极管应该具有快速开关、低Vf和低Qrr特性。为了减少MOSFET在接通时的峰值电流压力,低Qrr是必须的。如果没有这一特性,升压MOSFET将增加温度和Rdson,导致更多的功率损失,从而降低效率。在高功率密度应用中效率是取得较小体积(30W/cm3英寸)和减少无源器件尺寸的关键因素。因此高的开关频率必不可少。

为了设计效率和外形尺寸最优的CCM PFC,升压二极管还必须具备以下一些特性:较短的反向恢复和正向恢复时间;最小的储存电荷Q;低的漏电流和最低的开关损耗。过压和浪涌电流能力非常重要,它们能够用来处理PFC中由启动和交流回落引起的浪涌和过电流。这些特性只有用碳化硅肖特基二极管(SiC肖特基二极管)才能实现。

由于SiC肖特基二极管中缺少正向和反向恢复电荷,因此可以用更小的升压MOSFET.这样做除了成本得到降低外,器件温度也会降低,从而使SMPS具有更高的可靠性。

由于SiC肖特基二极管的开关行为独立于正向电流(Iload)、开关速度(di/dt)和温度,因此这种二极管在设计中很容易使用。在设计中采用SiC肖特基二极管能够实现最大的开关工作频率(最高可达1MHz),从而可以使用更小体积的无源器件。

最低的开关损耗和低的Vf能使用更小的散热器或风扇。另外,由于具有正的温度系数,SiC肖特基二极管能够非常方便地并行放置。

thinQ!2G向理想的高电压二极管迈进

新一代 SiC肖特基二极管(thinQ!2G)融合了普通SiC肖特基二极管和双极pn结构,从而具有非常高的浪涌电流承受能力和稳定的过压特性。

  对SiC肖特基二极管结构与合并后的pn肖特基二极管概念进行比较。p区域针对发射极效率和电导率作了优化,因此在正向电压超过4V时能用作浪涌电流的旁路通道。

(a)传统SiC肖特基二极管的截面图;(b)具有合并p掺杂岛的thinQ!2G SiC二极管


改进的浪涌电流能力

thinQ!2G提供改进的浪涌电流功能,允许针对应用中的平均电流条件进行设计,也就是说,大多数的启动和AC回落引起的浪涌和过流能很好地获得处理。图2表明,在正常工作状态,thinQ!2G的行为与具有零反向恢复电荷的普通肖特基二极管没什么两样,在大电流状态其正向特性如同双极pn二极管一样,能够显著减少功率损耗。

电感器(inductor)用来提供电感的器件,用绝缘导线绕制的各种线圈称为电感。其主要作用是阻交流通直流,阻高频通低频,也就是说高频信号通过电感线圈时会遇到很大的阻力,很难通过,而对低频信号通过它时所呈现的阻力则比较小,即低频信号可以较容易的通过它。电感线圈对直流电的电阻几乎为零。

电感的分类

1、按导磁体性质分类:空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。

2、按工作性质分类:天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转。

3、按绕线结构分类:单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。高频贴片陶瓷电感4、按电感形式分类:固定电感线圈、可变电感线圈。

5、按结构特点分类:磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈、无磁芯线圈等。

另外常常会根据工作频率和过电流大小,分为高频电感,功率电感等。

电感器的基本用途

1、电感器的作用主要是通直流,阻交流,在电路中主要起到滤波、振荡、延迟、陷波等作用。电感线圈对交流电流有阻碍作用,阻碍作用的大小称感抗XL,单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL,电感器主要可分为高频阻流线圈及低频阻流线圈。调谐与选频作用:电感线圈与电容器并联可组成LC调谐电路。即电路的固有振荡频率f0与非交流信号的频率f相等,则回路的感抗与容抗也相等,于是电磁能量就在电感、电容来回振荡,这LC回路的谐振现象。谐振时电路的感抗与容抗等值又反向,回路总电流的感抗最小,电流量最大(指f="f0"的交流信号),LC谐振电路具有选择频率的作用,能将某一频率f的交流信号选择出来。

2、电感器还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。在电子设备中,经常看到有的磁环,这种磁环与连接电缆构成一个电感器(电缆中的导线在磁环上绕几圈电感线圈),它是电子电路中常用的抗干扰元件,高频噪声有很好的屏蔽作用,故被称为吸收磁环,通常使用铁氧体材料制成,又称铁氧体磁环(简称磁环)。磁环在不同的频率下有不同的阻抗特牲。在低频时阻抗很小,当信号频率升高后磁环的阻抗急剧变大。

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