【应用】瞻芯电子核心元器件批量助力3kW碳化硅钛金电源，实现钛金效率96.8%峰值

时间： 2022-05-27 来源：瞻芯电子

技术问答

近日，由楚源电子开发的新型3kW碳化硅钛金电源产品CY0168即将量产，这是一款高效率、高功率密度的数模混合控制整流模块，搭载了瞻芯电子开发的3款核心元器件：CCM图腾柱PFC模拟控制芯片、碳化硅MOSFET及比邻驱动®芯片，电源系统实现了96.8%峰值的钛金效率。对比传统CRM交错PFC电源方案的极限效率，仍提升了0.4%，体现了无桥PFC优势，因为靠模拟芯片控制，不涉及软件控制，所以外围电路设计简单，易于实现。

参数说明（TTP PFC+LLC）

下图为电源的整机效率曲线：

瞻芯电子核心元器件：CCM图腾柱PFC控制芯片、SiC MOSFET、比邻驱动®芯片

楚源CY0168电源拓扑的关键是采用了瞻芯电子开发的连续模式（CCM）图腾柱PFC控制芯片IVCC1102，并搭配瞻芯电子的 650V 40mhom SiC MOSFET, 利用碳化硅其反向恢复接近零的优势，实现了高效的图腾柱PFC拓扑，同时还采用了比邻驱动®芯片IVCR1401，这是瞻芯电子首创的碳化硅MOSFET专用驱动器，以充分发挥碳化硅MOSFET高频率开关、低导通电阻的优势特性。该电源产品的定型量产也进一步印证了采用图腾柱PFC模拟控制芯片，搭配碳化硅器件，能降低PFC电路应用门槛，快速推出高效率、高可靠性的电源产品。

1. 连续模式（CCM）图腾柱PFC控制芯片

瞻芯电子自主开发的连续模式图腾柱PFC控制芯片IVCC1102，芯片内置高可靠性的模拟控制，具备快速精确的功率因数校正控制信号输出，不使用数字电源控制芯片，无需编程调试，不论搭配碳化硅器件或氮化镓器件，都能大幅简化器件选型及开发成本，大大加快产品的开发速度，还能解决一系列控制难点，保证方案的高效、高可靠性。

在连续模式(CCM)图腾柱PFC控制芯片IVCC1102问世之前，由于图腾柱PFC控制的复杂性，数字电源控制芯片是市场上实现图腾柱PFC仅有的解决方案。尽管灵活性有优势，但数字电源项目开发的难度和成本提高了应用导入的门槛。

该电源采用了IVCC1102，搭配MOS管分别进行同步整流和PFC升压，全面取代传统二极管，有效避免了传统二极管拉低转换效率的影响，提升了电源整体效率。

瞻芯电子自主开发的IVCC1102 ，不仅能缩短开发时间，降低开发人力和器件成本，还能克服多项控制难点，提高电源的可靠性：

反电流倒灌控制。带交流整流同步管的图腾柱PFC实质上是一个双向变换器。输入交流电压(AC)的瞬间下掉，如果不能及时关闭开关器件，会导致母线电解电容能量倒灌回AC侧，从而产生很大的倒灌电流。该电流不仅使PFC消耗掉系统掉电保持时间（hold-up time）所需的能量，极端情况还可能损坏开关管。 IVCC1102检测输入电压，采用自主专利中的固定前馈比控制技术，占空比可以快速响应AC电压变化，再配合快速可靠的过零点逻辑，完美地解决了这一控制难点。

平滑过零点电流控制难题。IVCC1102采用自主专利中的过零点控制技术，缩短过零区，同时提高过零区软启开关频率，减小慢管换流时的电流尖峰，使AC电流可以平滑过零。

兼顾低总谐波失真(THD)和快电压环控制。IVCC1102釆用自主专利中的混合控制技术，在稳态运行时，仅在AC过零点时对输出电压釆样，从而减小输出电压的二次谐波，减小THD的影响；而在动态时，输出电压反馈信号实时采样，并进入非线性控制环路，来加快电压环的响应以减小输出电压的波动，使这两难的控制得以有效地结合，提升电路的整体运行效果。

抗雷击破坏。由于雷击波电压上升速度快，并随机地同相或反相地叠加到AC电压上，检测电路和控制器必须快速测出输入电压极性并做相应的控制调整，否则容易损坏后级电路。IVCC1102采用快速的模拟检测电路和固化的控制逻辑，能稳定而有效地应对这种特殊场景，减小或消除雷电波对开关管的冲击。

2. 碳化硅MOSFET及专用的比邻驱动®芯片

该电源采用了瞻芯电子650V 40mOhm SiC MOSFET(IV1Q06040T4)，利用其反向恢复接近零的优势，实现了高效的图腾柱PFC拓扑，这是一款TO247-4插件封装的器件。同时，瞻芯电子新开发的TOLL封装的650V 40/60mOhm SiC MOSFET(IV1Q06040L1、IV1Q06060L1G)，适用于高频、小体积、高功率密度的图腾柱电源设计，已经可以提供工程样品。

为了充分发挥碳化硅MOSFET产品的特性优势，该电源还采用了碳化硅MOSFET专用的比邻驱动®芯片IVCR1401，这是瞻芯电子首创的一款紧凑型、高速、智能的栅极驱动器，已通过工规级认证（JEDEC），能够高效、安全地驱动SiC MOSFET和IGBT，并且仅在8引脚封装上集成了负压驱动、退饱和等一系列的关键功能。

下面是比邻驱动®芯片IVCR1401的主要功能特点概述：

瞻芯电子是中国领先的碳化硅（SiC）功率半导体和芯片解决方案提供商，2017年成立于上海，致力于开发碳化硅功率器件、驱动和控制芯片、碳化硅功率模块产品。瞻芯电子是中国第一家自主开发并掌握6英寸SiC MOSFET产品以及工艺平台的公司，致力于围绕碳化硅功率半导体应用，为客户提供一站式(Turn-key)芯片解决方案。

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