PFC電路：死區(qū)時(shí)間理想值的考量

由于該電路是進(jìn)行同步整流工作的電路，所以我們通過(guò)仿真來(lái)探討高邊（HS）和低邊（LS）SiC MOSFET SCT2450KE的死區(qū)時(shí)間理想值，即不直通的最短時(shí)間。死區(qū)時(shí)間可以通過(guò)仿真工具的PWM控制器參數(shù)TD1（HS）和TD2（LS）來(lái)分別設(shè)置。

關(guān)鍵要點(diǎn)

?橋式電路中的死區(qū)時(shí)間設(shè)置與損耗和安全性有關(guān)，因此需要充分確認(rèn)。

?死區(qū)時(shí)間的理想值是不直通的最短時(shí)間。

?由于開關(guān)器件的開關(guān)速度會(huì)受溫度和批次變化等因素影響而發(fā)生波動(dòng)，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了最短時(shí)間外，還應(yīng)留有余量。

在本文中，我們將探討如何估算橋式電路中理想的死區(qū)時(shí)間。

電路示例

電路以Power Device Solution Circuit/AC-DC PFC的一覽表中的仿真電路“A-6. PFC CCM Synchro Vin=200V Iin=2.5A”為例（參考圖1）。關(guān)于更詳細(xì)的電路圖，還可以通過(guò)這里查看。

由于該電路是進(jìn)行同步整流工作的電路，所以我們通過(guò)仿真來(lái)探討高邊（HS）和低邊（LS）SiC MOSFET SCT2450KE的死區(qū)時(shí)間理想值，即不直通的最短時(shí)間。死區(qū)時(shí)間可以通過(guò)仿真工具的PWM控制器參數(shù)TD1（HS）和TD2（LS）來(lái)分別設(shè)置。

圖1：PFC仿真電路“A-6. PFC CCM Synchro Vin=200V Iin=2.5A”

死區(qū)時(shí)間內(nèi)的損耗

圖2表示死區(qū)時(shí)間內(nèi)的電流流動(dòng)情況。在橋式結(jié)構(gòu)的電路中，要防止直通電流，就需要確保足夠的死區(qū)時(shí)間長(zhǎng)度，但如果將死區(qū)時(shí)間設(shè)置得過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗增加。這是因?yàn)樵谒绤^(qū)時(shí)間內(nèi)，SiC MOSFET處于OFF狀態(tài)，因此電流會(huì)流過(guò)體二極管。通常，體二極管的導(dǎo)通損耗比較大，其導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，損耗越大。

圖2：死區(qū)時(shí)間內(nèi)的電流流動(dòng)情況

死區(qū)時(shí)間和功率因數(shù)

圖3表示死區(qū)時(shí)間長(zhǎng)度與電感電流IL之間的關(guān)系。如果死區(qū)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，低電壓區(qū)域可能會(huì)變?yōu)閿嗬m(xù)工作狀態(tài)，電感電流波形可能會(huì)失真，功率因數(shù)可能會(huì)惡化。因此，從功率因數(shù)的角度來(lái)看，將死區(qū)時(shí)間設(shè)置得過(guò)長(zhǎng)并非好事。

圖3：死區(qū)時(shí)間長(zhǎng)度與電感電流IL的關(guān)系

探討理想的死區(qū)時(shí)間

圖4表示使死區(qū)時(shí)間變化時(shí)SiC MOSFET的損耗仿真結(jié)果。

圖4：表示使死區(qū)時(shí)間變化時(shí)SiC MOSFET的損耗仿真結(jié)果

從圖中可以看出，當(dāng)死區(qū)時(shí)間在50ns以下時(shí)，損耗會(huì)因流過(guò)直通電流而急劇增加。反之，當(dāng)延長(zhǎng)死區(qū)時(shí)間時(shí)，HS SiC MOSFET的體二極管的導(dǎo)通時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，因此在這種條件下?lián)p耗也會(huì)增加。SiC MOSFET的損耗最小時(shí)，正是死區(qū)時(shí)間最短（沒有直通電流）時(shí)，在本例中為100ns時(shí)。但是，由于開關(guān)速度會(huì)隨溫度和批次差異等因素而波動(dòng)，因此通常需要留100ns左右的余量。也就是說(shuō)，在這種情況下，200ns是理想的死區(qū)時(shí)間。