【应用】ROHM SiC MOSFET SCT3060AR助力3.6kW图腾柱PFC效率提高至98%
在现代电源领域工程师对于电源效率的追求越来越苛刻,为了满足能效等级认证,需要在输入电压为230V、负载为标称负载的50%时至少达到96%的效率。此外,还必须满足负载为10%、20%和100%时
的效率目标以及输入电压为115V时的效率目标。
在AC-DC的电源系统中,通常需要分为两级控制,AC-DC(with PFC)和DC-DC(通常起到隔离作用)。
图1 AC-DC两级结构
常见的PFC拓扑:BOOST PFC、双路交错无桥PFC以及图腾柱PFC。从效率对比上来看,图腾柱的效率可以做到最高。
图2 拓扑结构
本文利用ROHM的SiC MOSFET在3.6kW图腾柱PFC上应用,验证使用SiC MOSFET 的图腾柱PFC可以成为3.6kW AC-DC 部分的高性能解决方案。
设计要求:
输入电压85~365V,50Hz;输出电压400V,最大输出功率Vin=230V,3600W;开关频率为100kHz。
在测试系统中,高频开关(图3中的Q3/Q4)采用650V、60mΩ沟槽结构SiC MOSFET(SCT3060AR),其封装为TO-247-4L;运行在电网频率上的支路(图3中Q1/Q2)则采用 600V、60mΩ的Si SJ MOSFET(R6047ENZ4)。 对于所选开关频率和最大输出功率,60mΩ SiC MOSFET可以在开关损耗和导通损耗之间实现良好的平衡。如果想进一步提高效率,我们可以用具有更低RDS(on) 的MOSFET来替代工作在电网频率下的SJMOSFET,因为这些组件的开关损耗无关紧要。
图3 图腾柱PFC设计简图
输出功率为3.6kW的条件下进行测试。在整个输出功率范围内,低压输入(Vin = 110V)和高压输入(Vin = 230V)的实测效率如图3所示。高压输入时,系统的峰值效率为 98.5%;在 500W和满载之间,整体效率保持在98%以上。
图4 测试条件下图腾柱PFC实际测试效率
从上述验证可以看出,图腾柱PFC SiC MOS方案可以克服输入整流二极管的导通损耗来达到高的系统效率。除本文使用的产品外,ROHM公司可以提供多种电流规格、TO247-4L封装的SiC MOS,相对于传统的TO247-3封装,开关损耗又可以降低约35%。
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