【应用】650V/100A高效ANPFC模块助力50KW大功率PFC设计，效率可达98%

时间： 2022-01-11 来源：世强

技术问答

AC/DC变换器是电力电子技术在工业生产中关键部分之一，而大功率的AC/DC电源一般是需要使用IGBT模块来做设计的，介于单管方案能做到单机40KW功率已经是极限了，因此更大功率的AC/DC模块需要使用IGBT模块来做设计，谈到AC/DC就离不开功率因数校正，由于AC/DC变换中产生的谐波以及较低的功率因数，因此需要功率因数校正电路。实现输入电流的功率因数校正，使输入电流与输入电压相位差减少接近同相位，减小无功电流，来提高PF值，当PF值越大，则代表电力利用率越高。

直流充电桩是有多个直流充电模块并联构成，完成功率扩容，其主功率架构是由功率器件、控制电路以及与BMS之间的通信组成，其中主功率部分主要由AC/DC(PFC)和DC/DC变换两部分组成。如下图1所示，由于目前直流充电模块市场上最大功率为40KW左右，是单管方案，而本文主要介绍使用IGBT模块的方案设计更高功率的直流充电模块。

图1 直流充电模块功率拓扑框图

目前使用单管方案设计的充电桩直流充电模块具有以下几点问题：

1、环境更恶劣，导致目前的寿命短，故障率高。

2、产品效率低只有96%左右。

3、产品功率小，可扩展性差。

4、防护等级属于IP20，防护等级低。

本文重点介绍威科VINCOTECH的高效ANPFC模块 30-PT073AA100SM02-LN55L88Y助力50KW大功率PFC设计，ANPFC中的“A”代表高级的意思。这说明了ANPFC是中点升压PFC（NPFC）的拓扑的基础上的优化拓扑，该拓扑为新型的高效拓扑，如下图2，为30-PT073AA100SM02-LN55L88Y，模块内部结构，是由三组ANPFC组成三相IGBT模块。

图2 30-PT073AA100SM02-LN55L88Y内部结构图

以其中一组为例来介绍ANPFC的组成以及工作原理，如图下3可知：

1、2个高速IGBT，采用H5或者S5晶圆。（T13和T14，规格是650V）

2、4个整流二极管。（D44、D43和D42，均为1600V；D42为650V）

3、2个快恢复二极管。（D14和D13，均为650V）

图3 ANPFC拓扑电流变换路径

如下图4，是按照90℃的散热器温度，20KHZ的开关频率，50KW功率仿真，总损耗为750.2W，效率高达98.5%：

图 4 30-PT073AA100SM02-LN55L88Y 仿真数据

由图3可知，IGBT功率开关T13和T14用于控制升压电流，它们是可以同步进行控制的。这两个IGBT采用共源极连接，仅需一个门极驱动和驱动电源即可，D42主要用于对称过零，当在正半周时，电流流过T14+D43，D41+D12这两个路径，当在负半周是T13+D44，D13+D44这两个路径。

图5 30-PT073AA100SM02-LN55L88Y模块封装尺寸

威科650V/100A的IGBT模块30-PT073AA100SM02-LN55L88Y，作为AC/DC变换功率器件PFC设计，具有以下性能优势特点：

1、ANPFC结构节省了一路驱动电路，控制逻辑少了一路，控制更加简单，实现更低的设计成本;

2、与Vienna、NPFC相比，ANPFC的效率比广泛使用的Vienna整流器高15％，产品效率可以到98%左右;

3、模块化设计，风道只通散热器，不覆盖系统,电路部分，更易做到防水，防潮，防尘，可以做到IP65的防护等级；

4、单个功率模块，功率可以达50kw，更容易做功率扩展设计，模块化设计让生产易安装，提高生产效率；

5、采用最新的IGBT技术和超快速Si二极管、SiC二极管，具有成本和效率优势，可实现更高的开关频率。

6、它们集成的NTC可监测模块温度；内置缓冲电容可降低EMI并减轻电压过冲。

7、紧凑的设计提高功率密度，减轻了重量，低电感设计可降低EMI，集成直流电容可减轻电压过冲，更高的开关频率，更低的滤波成本。

8、耐压650V，平均整流输出电流可达100A，20Hz开关频率，可满足50KW的功率设计，效高达98.5%；

9、经过市场端长期的验证和考验，其功能、性能、可靠性方面可完全胜任；

综上所述威科30-PT073AA100SM02-LN55L88Y可用于大功率系统设计；集成NTC使温度测量设计简单，成本更低；满足更高的开关频率，实现高效率设计，满足大功率PFC功率因数校正电路设计需求。

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