最高能效，最低成本: BC2

小線圈L的額定電感有幾種計(jì)算方式。例如，導(dǎo)通dI/dt的額定值可能是50 A/μs；然后，根據(jù)二極管DB的IRM值計(jì)算變壓比m2和m1。不過，要想滿足設(shè)計(jì)規(guī)則，DB的反向電壓VRDB_reverse不得超過VRRM的75%，75% x 650 = 487 V；如果VRDB_reverse高于 487 V，就應(yīng)該降低小線圈L的電感值；因此，也應(yīng)該提高小線圈L的dI/dt值和DB二極管的 IRM 值。因此，使VRDB_reverse低于 487 V，必須重新計(jì)算m1和m2 變壓比。但是這種計(jì)算方法未能優(yōu)化小線圈L的電感及其尺寸。一個(gè)良好的方法最終應(yīng)使小線圈的尺寸最小化。意法半導(dǎo)體開發(fā)出一個(gè)考慮以下所有參數(shù)的軟件工具：DB二極管的IRM 與電流斜率dI/dt和結(jié)溫TJ對(duì)比、線圈L電感公差、導(dǎo)通功率損耗。這個(gè)軟件工具的研發(fā)目的是幫助設(shè)計(jì)人員根據(jù)應(yīng)用條件選擇最佳的電感。表2列出了兩個(gè)采用BC2概念的功率因數(shù)校正應(yīng)用示例。

表2:用于不同類型功率因數(shù)校正器的L線圈的電感和尺寸

3. 450W功率因數(shù)校正器的BC2電路設(shè)計(jì)

為展示BC2電路的優(yōu)點(diǎn)，意法半導(dǎo)體開發(fā)出一個(gè)90- 264 VmainsRMS 的通用系列450 W功率因數(shù)校正器，該系列產(chǎn)品采用硬開關(guān)模式和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均流式 PWM控制器。我們從導(dǎo)通特性、能效和熱測(cè)量三個(gè)方面對(duì)BC2電路與8A碳化硅肖特基二極管進(jìn)行了對(duì)比。

3.1. BC2設(shè)計(jì)
在評(píng)估BC2電路時(shí)我們使用了專用二極管，DB采用STTH8BC065DI，D2采用STTH8BC060D，D1采用STTH5BCF060，如圖4所示。軟件給出了小線圈L的電感、變壓比m1和m2 與開關(guān)頻率的對(duì)比值，如表3所示。

表3:NS1、NS2 和L與Fs對(duì)比值

3.2. BC2電路的典型波形

圖7 所示是200 kHz功率因數(shù)校正器的典型BC2波形。 每次功率MOSFET導(dǎo)通時(shí)，就會(huì)發(fā)生一次電流軟開關(guān)操作。

這條曲線突出表明D1 和D2 二極管總是處于斷續(xù)模式；D1 恢復(fù)DB的IRM電流；而D2 通過功率因數(shù)校正體電容發(fā)送小線圈L貯存的電流。如前文所述，在[t0-t1]和[t4-t5]相位，一旦D2 關(guān)斷，功率晶體管的漏極電壓立即降低，關(guān)斷損耗被消除。

圖7:Fs = 200 kHz時(shí)的典型 BC2 波形

3.3. 能效比較

我們?cè)趦蓚€(gè)Vmains電壓和140 kHz開關(guān)頻率條件對(duì)BC2和SiC二極管進(jìn)行了能效比較，如圖8 (230 VRMS) 和圖9 (90 VRMS)所示。當(dāng)電源電壓230 VRMS時(shí)，在全負(fù)載條件下，BC2電路比8A碳化硅整流管省電2.25 W，在100W時(shí)省電1 W。

在低負(fù)載條件下，如[t0-t1]相位所述，因?yàn)锽C2關(guān)斷損耗比碳化硅二極管低，NS2 產(chǎn)生的反射電壓仍能提高BC2的能效。

一旦功率因數(shù)校正器進(jìn)入斷續(xù)模式(100 W)，碳化硅二極管與BC2電路的能效相同，如圖8所示。

圖8:在230 VRMS時(shí)的能效對(duì)比