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何時(shí)以及如何使用無橋圖騰柱功率因數(shù)校正

2512927 2022-11-24 | pdf | 294.68KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

高功率因數(shù) (PF) 和高效率是服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、5G 電信、工業(yè)系統(tǒng)、電動(dòng)汽車和一系列其他應(yīng)用中使用的 AC-DC 電源的關(guān)鍵要求。然而，電源設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)是同時(shí)滿足 IEC 61000-3-2 等標(biāo)準(zhǔn)的 PF 和電磁兼容性 (EMC) 要求，以及 EnergyStar 最新的 80 PLUS Titanium 效率標(biāo)準(zhǔn)。后者要求在 10% 負(fù)載時(shí)效率至少為 90%，在滿負(fù)載時(shí)效率至少為 94%。傳統(tǒng)的升壓 PF 校正 (PFC) 拓?fù)淇梢蕴峁└?PF 和良好的 EMC，但包含一個(gè)效率相對(duì)較低的二極管電橋，因此難以滿足預(yù)期的效率標(biāo)準(zhǔn)。高功率因數(shù) (PF) 和高效率是服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、5G 電信、工業(yè)系統(tǒng)、電動(dòng)汽車和一系列其他應(yīng)用中使用的 AC-DC 電源的關(guān)鍵要求。然而，電源設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)是同時(shí)滿足 IEC 61000-3-2 等標(biāo)準(zhǔn)的 PF 和電磁兼容性 (EMC) 要求，以及 EnergyStar 最新的 80 PLUS Titanium 效率標(biāo)準(zhǔn)。后者要求在 10% 負(fù)載時(shí)效率至少為 90%，在滿負(fù)載時(shí)效率至少為 94%。傳統(tǒng)的升壓 PF 校正 (PFC) 拓?fù)淇梢蕴峁└?PF 和良好的 EMC，但包含一個(gè)效率相對(duì)較低的二極管電橋，因此難以滿足預(yù)期的效率標(biāo)準(zhǔn)。用無橋圖騰柱 PFC 拓?fù)淙〈O管電橋可提供高 PF 和高效率。然而，這會(huì)帶來更大的復(fù)雜性，因?yàn)橥負(fù)浣Y(jié)構(gòu)包括兩個(gè)控制環(huán)路：一個(gè)以線路頻率運(yùn)行的慢速環(huán)路用于整流，一個(gè)高頻環(huán)路用于升壓部分。從頭開始設(shè)計(jì)兩個(gè)控制回路是一個(gè)耗時(shí)的過程，可能會(huì)延遲上市時(shí)間，并導(dǎo)致解決方案成本更高、規(guī)模更大。用無橋圖騰柱 PFC 拓?fù)淙〈O管電橋可提供高 PF 和高效率。然而，這會(huì)帶來更大的復(fù)雜性，因?yàn)橥負(fù)浣Y(jié)構(gòu)包括兩個(gè)控制環(huán)路：一個(gè)以線路頻率運(yùn)行的慢速環(huán)路用于整流，一個(gè)高頻環(huán)路用于升壓部分。從頭開始設(shè)計(jì)兩個(gè)控制回路是一個(gè)耗時(shí)的過程，可能會(huì)延遲上市時(shí)間，并導(dǎo)致解決方案成本更高、規(guī)模更大。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)人員可以改用針對(duì)無橋圖騰柱 PFC 設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的 PFC 控制器 IC。這些控制器具有內(nèi)部補(bǔ)償數(shù)字環(huán)路，無需霍爾效應(yīng)傳感器即可實(shí)施逐周期電流限制，并可與硅 MOSFET 或?qū)拵?(WBG) 開關(guān)器件（例如碳化硅 (SiC) 或氮化鎵）一起使用（氮化鎵）。由此產(chǎn)生的 PFC 可以在 90 至 265 伏交流輸入下運(yùn)行，效率高達(dá) 99%。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)人員可以改用針對(duì)無橋圖騰柱 PFC 設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的 PFC 控制器 IC。這些控制器具有內(nèi)部補(bǔ)償數(shù)字環(huán)路，無需霍爾效應(yīng)傳感器即可實(shí)施逐周期電流限制，并可與硅 MOSFET 或?qū)拵?(WBG) 開關(guān)器件（例如碳化硅 (SiC) 或氮化鎵）一起使用（氮化鎵）。由此產(chǎn)生的 PFC 可以在 90 至 265 伏交流輸入下運(yùn)行，效率高達(dá) 99%。本文簡要回顧了 AC-DC 電源需要滿足的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，比較了各種 PFC 拓?fù)涞男阅?，并確定了無橋圖騰柱 PFC 何時(shí)是最佳選擇。然后介紹了本文簡要回顧了 AC-DC 電源需要滿足的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，比較了各種 PFC 拓?fù)涞男阅?，并確定了無橋圖騰柱 PFC 何時(shí)是最佳選擇。然后介紹了onsemionsemi針對(duì)無橋圖騰柱 PFC 優(yōu)化的控制器 IC，以及支持組件、評(píng)估板和設(shè)計(jì)建議，以加快開發(fā)過程。針對(duì)無橋圖騰柱 PFC 優(yōu)化的控制器 IC，以及支持組件、評(píng)估板和設(shè)計(jì)建議，以加快開發(fā)過程。效率可能很復(fù)雜效率可能很復(fù)雜電源效率比它最初看起來的要復(fù)雜得多，因?yàn)樗ń涣骱椭绷鞣至俊?/font>簡單效率是輸入功率與輸出功率之比。然而，典型的 AC-DC 電源的輸入功率不是純正弦波，導(dǎo)致從交流電源汲取的同相和異相功率之間存在差異。這種差異被認(rèn)為是 PF。要完整描述 AC-DC 電源的效率，需要同時(shí)包括 DC 效率和 PF。更具挑戰(zhàn)性的是，效率曲線并不平坦：效率和 PF 會(huì)隨著輸入電壓和輸出負(fù)載等參數(shù)而變化。電源效率比它最初看起來的要復(fù)雜得多，因?yàn)樗ń涣骱椭绷鞣至俊?/font>簡單效率是輸入功率與輸出功率之比。然而，典型的 AC-DC 電源的輸入功率不是純正弦波，導(dǎo)致從交流電源汲取的同相和異相功率之間存在差異。這種差異被認(rèn)為是 PF。要完整描述 AC-DC 電源的效率，需要同時(shí)包括 DC 效率和 PF。更具挑戰(zhàn)性的是，效率曲線并不平坦：效率和 PF 會(huì)隨著輸入電壓和輸出負(fù)載等參數(shù)而變化。為了考慮這些變量，EnergyStar 等效率標(biāo)準(zhǔn)定義了各種負(fù)載水平和不同輸入電壓下的效率，以及對(duì) PF 的要求（表 1）。最高級(jí)別稱為“80 PLUS Titanium”，規(guī)定 115 伏交流輸入在 10% 和 100% 額定負(fù)載時(shí)的最低效率為 90%，在 50% 額定負(fù)載時(shí)效率為 94%，加上 PF ≥95 % 在額定負(fù)載的 20% 時(shí)。230 伏交流輸入需要更高的效率。此外，電源應(yīng)符合 IEC 61000-3-2 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電力線諧波進(jìn)行了限制。