快速软恢复二极管(LLD)在PFC电路中的应用 - 图文

快速软恢复二极管（LLD）在PFC电路中的应用

1、定义

PFC(Power Factor Correction) 意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。

2、解析与评价

（1）理想的二极管在承受反向电压时截止，不会有反向电流通过。而实际二极管正向导通时，PN结内的电荷被积累，当二极管承受反向电压时，PN结内积累的电荷将释放并形成一个反向恢复电流，它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。反向恢复电流在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强烈的高频衰减振荡。因此，输出整流二极管的反向恢复噪声也成为开关电源中一个主要的干扰源。

（2）输出整流二极管会产生反向浪涌电流。二极管在正向导通时PN结内的电荷积累，二极管加反向电压时积累电荷将消失并产生反向电流。因为开关电流需经二极管整流，二极管由导通转变为截止的时间很短，在短时间内要让存储电荷消失就产生了反向电流的浪涌。由于直流输出线路中的分布电感，分布电容，浪涌引起了高频衰减振荡，这是一种差模噪声。

（3）在反向恢复期间，由于二极管的反向恢复特性，二极管的电流不能突变。此效应与一个电感等效。为了抑制二极管尖峰，需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。

（4）开关电源中尖峰干扰主要来自功率开关管和二次侧整流二极管的开通和关断瞬间。具有容易饱和,储能能力弱等特点的饱和电感能有效抑制这种尖峰干扰。将饱和电感与整流二极管串联,在电流升高的瞬间,它呈现高阻抗,抑制尖峰电流,而饱和后其饱和电感量很小,损耗小。通常将这种饱和电抗器作为尖峰抑制器。

（5）输出整流二极管截止时有一个反向电流，其恢复到零点的时间与结电容等因素有关。它会在变压器漏感和其他分布参数的影响下产生很大的电流变化dirr/dt，产生较强的高频干扰，频率可达几十兆赫兹。

（6）一个好的PFC电路用的升压二极管，除了对自身功耗要低之外，更重要的是产生的尖峰电压要小。

APT的DQ系列二极管，在软恢复的处理上技术独特，反向恢复电流小，软度控制也很好，恢复无振荡，而且有出色的雪崩耐量，可靠性高。最适合用于PFC电路中做升压二极管。

DQ系列二极管的最大缺点Vf是略高，在PFC应用中并没有造成过大的功耗，不影响其软恢复优点的发挥。

APT快速软恢复二极管Qrr/VF的比较：APT15D60B(15A/600V/40ns)和APT15DQ60B(15A/600V/15ns)。

DQ二极管在PFC电路中实测图 普通二极管在

PFC电路中实测图

从DQ系列二极管的反向恢复波形可发现，DQ二极管有更小的反向恢复电压，同时有更长的

tb，从而有更小的di/dt。在寄生电感Ls相等的情况下，要产生更小的Vrp。

所以在PFC电路中应用DQ二极管，就大大减少电压尖峰出现的可能性，也拥有更好的EMI特性。

二极管反向恢复的主要指标是trr,Qrr和Irrm。其中trr衡量恢复的快慢；Qrr衡量反向恢复需要的电荷，表现为损耗；Irrm大小主要会影响与之配对的MOSFET/IGBT的电流应力和Eon。

从上面的波形来看，APT DQ的FRED的Qrr，Irrm明显小。trr不是很明显，但是对于软恢复的FRED，这个表现已经相当不错。 软恢复的FRED对EMI和电流/电压的震荡抑制非常有效。 DQ二极管拥有卓越的雪崩耐量（Avalanche capability），使产品的可靠性更高。雪崩耐量大，承受电路漏电感引起的电压尖峰的能力就强，不容易被击穿。雪崩能量额定值是器件可靠性的重要指标。二极管雪崩能量测试电路如下：

其中Q1为IGBT，该IGBT的击穿电压高于被测二极管最大反向电压额定值。 雪崩能量计算公式如下： EAVAL = 1/2L I2[BVDUT/BVDUT－VDD]) 开关过程中，电感电流和二极管两端电压如上面Oude所提供的雪崩能量曲线-DQ FRED Avalanche Energy所示。雪崩击穿发生在电感电流开始下降、二极管电压突然上升到其击穿电压的时刻，此时电感储能和VDD所提供的能量将转化为雪崩击穿能量。因此，雪崩能量也可用下式计算：

t2

EAVAL =∫V(t)×I(t)dt ≈1/2×V(t)×I(t)(t2－t1)=1/2×800V×2A×(0.00175－

0.0015)=200mJ

t1

所有能量都是由VDD提供的，从VDD的角度出发，在整个测试过程中，VDD电压始终保持不变，而VDD的电流就是电感电流，电感电流线性变化，整个测试过程中VDD所提供的能量将全部转化为二极管雪崩时的能量。

因此，单独要求trr指标的不是很切合实际应用的。Tj、Irrm、di/dt等都会影响trr的数值。所以半导体器件的参数都是在一定的条件下才有具体的意义。

3、实际电路应用

3.1富士电机电子技术株式会社半导体事业部 （1）LCD-TV（液晶电视）

LCD-TV（液晶电视）和以前的CRT电视相比较，由于体形非常薄，重量轻，耗电量少等特点目前占据电视机的市场主导地位。今后会朝着更大尺寸，更高性能的方向发展。以下介绍的是最适用于LCD-TV（液晶电视）的富士电机的半导体产品。 ?LCD-TV（液晶电视）：高效率Converter的电路结构(Fly Back Converter 方式——Typical AC-DC-DC converter)

②LCD-TV（液晶电视）：高效率Converter的电路结构(电流共振方式——Typical AC-DC-DC converter)

③LCD-TV：高效率Converter用的推荐产品——富士的M-POWER方式及PWM，拟似共振方式。 PFC电路 Off Line Converter 2次整流电路 DC-DC Converter 控制MOSFET IC PFC用500V 600V IC 650V PFC电路 控制MOSFET IC PFC用500V 600V IC 650V Off Line Converter MOSFET 600V 650V 700V 800V 900V 2次整流电路 二极管 二极管 控制IC +12V系列 90/100VSBD 120VSBD DC-DC Converter DC-DC Converter 二极管 二极管 控制IC MOSFET +12V系列 +24V系列 40VSBD DC-DC Converter 外置 内置 MOSFET MOS驱动 90/100VSBD 1ch 1ch 2ch 2ch 3ch以上 3ch以上

SuperLLD1 M-PWER2A CCM用 SuperLLD1 DCM用 SuperLLD1 CCM用 SuperLLD1 PWM-IC 拟似共振 IC 外置 MOS驱动 150VSBD 1ch 1ch 200VSBD 2ch 2ch 3ch以上 3ch以上 内置 +24V系列 MOSFET DCM用 （2）PDP-TV（等离子电视）

PDP-TV（等离子电视）和LCD-TV（液晶电视）一样属于平板电视的一种，在大尺寸领域有很高的市场占有率。今后会朝着更高性能，重量更轻，耗电量更少的方向发展。以下介绍的是最适用于PDP-TV（等离子电视）的富士电机的半导体产品。 ?PDP-TV（等离子电视）：高效率Converter的电路结构(Fly Back Converter 方式——Typical AC-DC-DC converter)

②PDP-TV（等离子电视）：高效率Converter的电路结构(电流共振方式——Typical AC-DC-DC converter)

③PDP-TV：高效率Converter用的推荐产品——富士的M-POWER方式及PWM，拟似共振方式。 DC-DC Off Line Converter PFC电路 2次整流电路 Converter 控制IC MOSFET 二极管 Vsus Vx (Va,+Vmulti) Vsus系Vmulti系Va系列 列 列 Ex.) Ex.) Ex.) 200V 70V 12V/15V DC-DC Converter 内置 外置

PFC用IC 500V 600V 650V SuperLLM-PWERD1 2A CCM用 SuperLLD1 DCM用 M-PWER600VLL200VSB40/45VS2A D D BD 200VLLD 300VLLD 2次整流电路 二极管 MOSFMOS驱ET 动 1ch 1ch 2ch 2ch 3ch以3ch以上 上 PFC电路 控制IC PFC用IC MOSFET 500V 600V 650V Off Line Converter DC-DC Converter DC-DC Converter 二极管 控制IC MOSFET +12V系列 SuperLLD1 CCM用 SuperLLD1 DCM用 PWM-IC 600VLLD 200VSBD 200VLLD 拟似共振 300VLLD IC 外置 内置 +24V系列 MOSFEMOS驱T 动 40/45VSB1ch 1ch D 2ch 2ch 3ch以上 3ch以上 3.2新电元工业株式会社

（1）变频电冰箱(Typical AC-DC-DC converter)

（2）变频空调器(Typical AC-DC-DC converter)

2004/01/09

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tmfd.html