SiC肖特基二极管在大功率PFC中的应用.Stamped

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维普资讯htt://pww.cwqipvco.m第 41卷第期29 007年 9月

电力电 子技P术 oErcrlnis we e t c o Vo .1 4 1No.. 9Se t epbm r 20 e,07 SC肖特二极管在大基功率P C中应用的 i孔庆F刚一，金立军( .兰兰闩子制电有造限公司，海上1梅 211;.大，学卜0 3 92济同海20 3 )0 13摘要 源：功率 因校数正 cv o e( at o e tn简称 FA )大 率电源功应用的‘关键技术分。析 A订 e P rwc rrc i, t F oC r io P是 C项了 B o tF os C电路P中半导体件的器开关损耗以 S及肖特基 C二极的工作特管性 SC。肖特二基极管可以效有降低 开 ii二关损 .并耗订助于人功率 A电F路实现高频率 用。应在 台 3一k的样机上，利用CS肖摹二极特管实丁现PC . W 6 i l0 H的开关 频率【, 5 kz 作关键词：率 数/功开关损耗 i;特肖基二极管 S中图C分类 :M号74 3 1T -文献标识码： A 章文号：0编0 0 (1 070— 0 6 010 0— 2X0 )9 6 0 3

A—p p ai ni o C c o t yDide i Hi h Po Fra t rCo r c in l to Sf iS ht ko ng we oc r eto

K N ci a g JN一L- n GO Q ngn。, Iiu g j(、 EM fitr g Sa a Cg.、ts 1MG i wuui hn h i od.L inn a 2 11, hn; .og in’)sS gaa 02 3 hn, i )039 iaC 2T n rb i,h hi 0 n 31C ia U￣e t A as Att e pw ra t or c oA F ) e s qce o ihpw ru y hp i: n s ot m b c:tc v o ec rr t n( PC aki t ylu r g o e s pl e . iglts f o —r if oc i e emi h Tf( h opn[si o s F n h h r ces o i c o t Dyd r i n sz l dSC S h ty Dd i e aue t e sth— o ei Bn o t P Cad te

ca a rt f SCS h t o e a e ayai .i c o ot ec nr d c h wi t ke k ic gsl n pete i le to m ih s ih n e u ny PC ia .l1 0 H z shtn e un ) i i melt d n io s ad h l h mp e n f hg tw i g f eq c F n l Fk i wg fi qe c s mp e n e cn yr,5 c r 36 W r tpl t ic t y oDdi .. p ooyk we S iCS ht e hok Ke w od: o e c/s im hn so ic ot yiDd r sy p w r tfa w t i gl s;S CS ht o e c

k 1言引 传统的力电子电电路前端足 二管或极晶闸管成的非线性构流整器.因而产生会量大谐波的和功无功率 干，扰网电降低电，使用网效率着国随际上对电质量要求网的高提对能源问和题重的视，功率数校正因(F ) PC已为成人率功电应源用的必需然求。P C可分为有源 PC即AF F F P和C无源 P C。F

二由极管的反恢复向性特决定，而二极管的向反恢二复特性直接与/d导t通电及结温有流关。所以，、 d i在大功率 P C中，向恢损复耗更为严重， F反而该损且耗会随开关次数积累，与开关接频成率正比。直

2 2

l I I皿 II l‘ Tv’ 宁图 1B o换器t o s变F A PC技术足在整流器 增后一加 D级/变换 C C器D在各种单相 P拓C扑结 中构， os升压型 C P F电 Bo t路F是 A/变换C器中较为典的型一种. C它具D有主电路结构简，单换率效 .高制策易实现略优等点。变控 当 B o to变s换器工作在电流续模连式时，存 在极_管反向恢复的缺陷 .大会大加 P增C器件的这 开 F损关耗重，制限大了功率 P C在硬开关工时作 F严的频化 .而高无减法小有源P C路电的体积重和从 F量.不提能高路电的功密率度。为此采用，了S C肖 i特基二极来解管决这一难题图中。Q——二 管极向反复电荷恢

21连续电模流式的 Bot. os换变器

B ot换器的工作模可式

分为连为续流电模 os变式( C和非连电续模式流 C(两种。前具有 C者M) D M )更小网的侧入纹输波电流和器件导通损耗同时也.更容实现高易功因率数和谐波失低 .因此真大功在的场合得率到了泛广用应

2B o t o电s路半导体器损件分耗析图 1出 Bot 器换示 o s变、二极管有在通导电流悄 况强被行关断.会一个反有向恢复时间。此期在

CM PC控 制中，C F平均电流控方制式具有控制简单 .频控制，恒关开和管入电感输的电流有值效较低， MI波器积小体，抑制能丌关噪声等优点，E 非滤常适用于功大 P率C但同时，F其连续的电会流导致二极管反向恢复 ,大大加增P C器件开的关损 F2耗 2极管反向二复特性分析 .

恢问F P .C输的出电压乎几接直加在开关管端，使两开关管生产了巨的损大耗。由此可知，损该耗小大直接定稿日期：0 7 0一l 20— 5

1当传的统站 p极一外管加正向电压时，结 nt p电场内被削弱，从而增强扩了运散动 .弱了削移漂运，动破坏了扩散和漂移的动平衡态，非成少确敬造卜者作简介：庆刚 ( 9 ,, 9芜徽湖，人士生，究孔 71 )一男安 硕研方向为电力子电技术以及磁性件元。 6 6

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维资讯 h普ttp//w:w.cwqvipc.omSC特肖二基极管大在功率 CP中的应用 i F

载流子在 p区n上累积.形成电荷存效应储。当二极管由加外电压正换转到外加负电压 .时些这存储

的垒外侧无过少剩数载子流的累积以。关在断时所只，有二管极结电导容的位致移流电，比 p相结n■极管少载数流子失消所需要的时间就，是二极管 向反复恢的时『白

J生产的 ,该Q位 移电传流输的电荷 低到Q几可乎 以忽略。由 s于和G A的垒势高和度界临场电比 i sa在这些存电荷突然消储失前，结 n仍处于正向 p 置，偏即势垒区然仍窄很，n的结电很阻小。它与当p二极阳极管地对抗阻。R比以可忽略时，向电流 .相反为： 一

宽带导半材料低体所，以用其作制的肖特基极二管击穿电压较低，常通于 2低 0 0V不，合适压应用高。 SC禁的宽度带达到 223 e i.~. V

.临界穿电击场高达 2 2 4 1 6/,m用 CS制作的肖特基极二管的最高 ￣x 0Vc i:的向电压反可达 10 V同时，其向恢反复力能与2 0 d d、 i t导电通流及结温完全以相关不i。此它会因大 1/]减大器小件的开关损耗.大功使率A P CF电路实现 25f¨

, R(=般V> l即，R J>V,

)。 。() 1式中 V, P。l 厂，N结两端正、的反向压降二极管反的向恢复时间 t决于二极管的 反取向恢复储存电荷 Q和向反降压。 2器件 .开的关耗损

5℃3-5 -

图 2示在出 ot B换器中二，极的管关过断 os变程波形。在该过程中，:有 f I

l,℃ I/ I{ O C 7 -\5¨ J一 1Ⅵ (:f 1￡+} r V tv￣ Id t tI I() 2) (3f3

Rn v Ld}=I,t】f￡ f二极管的向恢反复在开关管二极管上和引起的

耗损：为 I I 1

=。}+}。 d 凡 t0/ 1.

(,) 4并联够使用 图。3 i特基极管二导通压降S C肖

0

由图 2和式 )(2~

()知，管极的 4可二

图 4示出在5 A导通电流和 1 52℃的结温下， 速 S二快管极【 5T 0 0( V A)1反向恢电复荷i。 E 6 x6 0 5的 J l/牛I:\ . I. I . .

反向恢 所引起的复I. I .损耗了占个整程过中件器开关耗的损绝大部。而在分二管极开通过程中.关开管和二极管的开关损耗会 二比极管 关荷 p与 CS肖特基二极管 I T 60 1CA 6 0 i 1SD 6( 6/ 0V )反的向恢复荷 p的电比较。着 d随t/ i增加， d 始 p为一很低的终固定值而， pi dd呈性线关 与 it/ I—l~:八 IR

.;

2 rtr i3系。即在使很低的 d/ t,也只有约Q。/i下 Q d 3

u n ./图 2二极管关断过程各中器件波形及损耗形成

/

一

图中只 .——开管上关损耗尸 _1二管上损耗极 、_厂断时的开关损耗低 个一量数。级因此， 2 0 I

5 1 05

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一 .

一 1、一/

r S i r C

二极反管向恢复引起的损 决耗定了 M CF CP C器件 关损开的耗大对小于般的一半导体器 .件二极管向恢反复引的损耗起了全占部开关耗损的7%以上0

l dlAd l l{ Su图 4反向复电恢荷比较

试验 4结果在 3 W 4输出功的率P C样上机.别分用采6 0F快速s二极管和 SC肖特基极二管进行试验该样 i i机输的入电为压交流 2输 0出电压为直流 3 0。 3,V V8 在用速快S二 管极行进试验时F i,P工作C在 k 5 z0H在。 S用C肖特基二极管进行验试时， iF CP别工分作 5在k z 01H 5,k 和20 H。 0H 0, kz1 0 zH0 k z 先在首5 kz率下 .分别用采 S C特基肖二 H频0 i极和 s管二管进行了试验极。使在用 SC肖基二特 j i极 后管 .路效率从9 .%提高到 9 5损.耗电436 0%,5 6

7为减了小 AF PC电路的积体和重量提.高电路的功率密度.高化是必然的选择频。传统件器的开关损耗随开会关频率速增迅大到无法忍受地的步。为 使电了路能够在频高下高率运效行，PC路电多 A采 F了用软关开术，技同时增会加很多附加器件，但致

使控制法方杂化复，而大降低了大统系的靠性可， 从导致在大功率应用的中很.难实现频高化。 3SC特肖基 极二管工作特 性 i肖特基二极管用只一种流子输载送荷电在，势

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普维讯资 ttp:h/ww/.cqwipvcom.第4卷第 9 1期200 7年9月 电力电子 术技P orl crE ni wes e t c o V11 o . No,94 .Sp tbm,e0 0 ee 2 7

减少r了 2W。1 E X 6与 I T 6 0相 C .们的比 58T 0 DS61它通损导耗基一本致 .可以认这 2为损耗就是W 反所 8

7图示出 不频率同下的样机 率效。可见，在 01 H 0 kz时，样机效率最高 0,Hz时效 次率之 ,k5 1 0时效率最H低5k z这是为因在改

恢复向损耗。通过算计，得可 M OFT和二极管的 SE通导损耗，加上估算开损关耗试与得验到的反向恢

损耗复，到 5所图示的关开件器的损耗分布。 器得在

变作频率时工，没并改有变感电的参数在率频升高后.电感 上的电流波纹变小 .这有助减小于半导件的损耗，中恢向复损耗占近了4。%而且随着 反5频率上的，还升会线升性高此因，用使传统器 在件和它硬 关开工{ 世j 瞳牦

甜 ≯作件大功下条，Ⅲ￡的率P C无法 FMOSE f地}钡 F ￡

现实频高。化在没有反

5图器件的损耗分彳 fJW圈翻圈■VT向恢复损耗时，频与率有的关损耗只总占损耗的 .1%。样，这很易容实现高频 。化4就 5在同一样机上 .行改变控频制率的试验， 1进表 和图 6示不出同率频和 4 -室温￣下开关管和SC厂 0Ci肖特基二极管结温的和w i实结验。果表半 2导体器件的 结温( O室 温)℃4

的最佳工 点作应在 1 0H 0 k左z右。图 8示了出 10 H作频工率下的电感流电和开关管漏源 极 k 5电压z U'验试形。波d s￣ 7

5结论 析分和验实结果表明 向恢，复耗损占 P C反的F

半体导件器损耗很的一大部分在这一。提前下，大功 P率C很难实现高化频。采当用 SC肖特基二管极 F i

,后恢向损复被耗大大减 小，F反 CP很容易现高实频， k H

化。35 W输出样的机上，在6实现0高达了1 0 H5 k的 z开频关率参考文献[ Mi a aleb rr多种电向应源的第二用碳化硅代1 c】 hl n eeg. h el肖特基面极管【.二J电子产世品界，06 0( 0:9 .】2 02 )9~,1[ I fnT ec l nsi ITG 0 DC th,eRv . 2 non h e ogeA D.1S 6 a este 02】 i o a6[】 60Z. 0 . 2[ Itn tn l et .ee 1 a0 ets ul iD 3】 en oaa Rc fr 5m 6Dt h,B el Pt一 r i i a eni 6 22 vBZ,0.4 0 5R e【. 0 1.2

图6半导体器件的结 (0温室的 )温4℃

由表2可知.i肖特基二极管结温的随频 S率C上 比较升缓慢开关，管的结温升得很 快这而证也明开了关损耗主要是由开管关产生

的。在 20 H . 0 kz F关管 I开6 W R4C (0 6 V)AP 0 0 5 P6 0/ 0的结温过超了 1 C5而最其结高温为10C .已 q2 .5 q这

超出了计设允的范许围。对以样而机言 20 H,所 k 0z不是一个想理工的作频率点一 (接上第 6输率出，明孤保护岛有是效的2页)证

参考文献 S[ mn ASg w Pr wh gC t en es】 N w Yr 1】:i no .o e i io vn[r e .ok S c Mn a vMl e Dk e, 9 9re k r1 5.

7结束语阐述带了有双支路伏光最功大跟率踪功的能并

逆变器网的控思制。想系统采用两组Bo t电路 o可分s别对两条支路进行最大功跟率，既可踪保证在较 宽的伏光阵列输电压出围范内持逆变保输级入电压

【 N】byk K s,a a i iHa dol o .a aiMm o u2u aiT kha lk, ei m t o k wo mu xP w rP iTta k n i aa i rI e t c tr fPr o o e no r c igw t C pct d n ia o oh— h o i ft oePa w ry t【] o e lt n cn a a loh o ie sm A. wr Eer i ad Vr b ve S e co Ps i S dDe rvo.frnP ebit n 20】 0【7 45 p re e snec e uali 00 C. 0:7 - iC co2 4 5 8.

相稳对定，又在各可支受光路条件不一致时仍获能得最高的出功输率非常，适于合市城中与筑建合结【】陈厚岩 .有零电流关特断性的并型网光伏逆变器研的 具

的3多支路型光伏并网变逆。时系同控统制中采了用制.[ J电电子力术技0 5, (3 3 ) 9~]02,9 3:8 3 . 【】 0 TauooTO a a uYK mi iaS you l dn 4 skm t kys,, a gs . t nIda g i snh o se e h t hv i r o Ss smC noe e a o fiD r d P ooo a cps weP yt e n d t t e

主动式的孤保岛控护制，使系统安全地 网运行并通实验证过明该系统工稳作可定靠、能良好68性

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