碳化硅二极管广泛用于追求高效率和功率密度的不同应用。 CoolSiC G6(新型第六代碳化硅肖特基二极管)背后的优化工艺降低了传导损耗,但同时导致某些区域的浪涌电流参数降低。然而,CoolSiC G6 的终性能可以很好地满足应用要求。
随着PFC拓扑中采用SiC 肖特基二极管,旁路二极管被用来限制通过 SiC 二极管的正向电流,以防浪涌电流影响电源干线。图 1 说明了旁路二极管通常如何在经典 PFC 中实现。仅当整流电压高于输出电压时(例如浪涌事件),旁路二极管才会导通。
图 1:经典 PFC 的简化电路
个测试使用 800W PFC 评估板1 的原始设置,并在实施旁路二极管的情况下执行。为了显示糟糕的浪涌电流条件,选择了以下测试设置:
输入电压:Vin=90V交流
开关频率:fsw = 130kHz
输出功率:Pout=800W
浪涌脉冲:Vsurge = 4kV,Z = 2 Ω,φ = 90°,LN 配置
浪涌抗扰度测试
浪涌抗扰度测试在90°(即在正弦波顶部添加正电压脉冲)进行。具体而言,选择使用1.2/50μs、峰值4kV的脉冲电压波的组合波试验。该测试由适用于电信要求的 IEC 61000-4-5 标准定义。
这项研究包括 PFC 电路中与浪涌抗扰度有关的坏可能条件。当施加输入电压时,进入电路的电流。在此工作点,电流流过 PFC 扼流圈并使其饱和。这种饱和导致电感减小和扼流圈特性降低。饱和扼流圈对这个环节的贡献不大。
限制浪涌电流脉冲
限制浪涌发生时的浪涌电流脉冲。这会导致升压二极管承受更高的应力,同时更多的浪涌电流会流经升压二极管,而不是通过旁路二极管。在这种的情况下,升压二极管承受的应力(流经升压二极管的电流)。
张电流波形屏幕截图是在升压二极管 (IDH06G65C6) 和旁路二极管 (S5K) 上捕获的,以显示浪涌事件期间这两个二极管之间的电流分配。当浪涌脉冲施加到电源输入(800 W PFC)时捕获波形。两个二极管在峰值电流值下同时导通约 80μs:
升压二极管 (IDH06G65C6): IF,max = 23.4A,
旁路二极管 (S5K):IF,max = 308A。
电流波形也被捕获,输入电压在浪涌脉冲处迅速增加。测试板具有 MOV(金属氧化物变阻器),可在浪涌事件期间钳位高电压。 MOV 影响流经旁路二极管和升压二极管的电流。施加了差模浪涌脉冲,导致流经旁路二极管的电流出现特殊行为。
浪涌事件后的两个电流脉冲
浪涌事件后有两个电流脉冲。个脉冲出现在施加浪涌脉冲时。第二个脉冲是 MOV 钳位的二次效应。当MOV钳位时,整流电压下降,旁路二极管停止导通。当 MOV 释放时,输入电压增加,并通过旁路二极管注入第二个脉冲。
由于 PFC 扼流圈限制了快速瞬变,因此流经升压二极管的电流很平稳。在工作条件下,升压二极管(碳化硅二极管)没有看到任何额外的应力。通过二极管的电流在规格范围内。第二种情况考虑了电路中没有旁路二极管的浪涌抗扰度测试。
旁路二极管的功能被禁用
旁路二极管已从 800 W PFC 板上拆焊。这意味着旁路二极管的所有功能都被禁用。为了获得与之前场景相同的测试条件,我们应用了相同的输入电压、输出负载和浪涌电流。
当浪涌脉冲通过电路时,通过升压二极管的电流增加到24A。该电流值仍然在数据表中给出的浪涌电流规格范围内。升压二极管(CoolSiC G6)通过了测试,但桥式整流器(LVB2560)由于电压应力过高而失败。
即使不使用旁路二极管,CoolSiC G6 二极管也不会限制 PFC 级的浪涌抗扰度。带旁路和不带旁路的设计之间的比较表明了旁路二极管的明显优势。它可以充分保护 PFC 电路免受高浪涌电流的影响,并且在稳态条件下不会产生任何额外的功率损耗,因为它仅在阳极上的电压高于阴极上的电压时才导通。因此,它是一种在浪涌电流等条件下很少导通的安全元件。