如何利用快速開關的TRENCHSTOP™ 5 IGBT和SiC二極體搭建更小更輕的PFC

高開關頻率使電感量更小

有源PFC電路最常見的拓撲結構是一個boost升壓轉換器。 對於大家電的功率因數校正，採用的是連續導通模式（CCM），由於較低的有效值電流和較少的諧波使得傳導損耗比較低，這使得EMI濾波器的設計更容易。

當交流輸入的瞬時值等於Vout/2時，CCM PFC升壓轉換器中的電感紋波達到最大值。 然而，對於大功率CCM PFC來說，最小的交流輸入電壓Vac_min大約至少是180V，其峰值總是高於Vout/2。 連續導通模式功率因數校

正所需的電感量L通過以下公式計算：











電感越大，電流紋波就越小。 但是，較大的電感會導致成本的增加。 只要∆IL/2小於%ripple/2
PFC就能維持CCM運行。 因此，有必要在成本和性能方面選擇最佳電感量。 圖1顯示了CCM PFC所需的電感量與開關頻率的關係。 圖中顯示，在較高的開關頻率下，電感變得更小。 一旦頻率超過60kHz，電感就會足夠小，可以放在主板上。





圖1. Pout=2.5kW，Vac_min=180V條件下，電感量與開關頻率的關係

英飛凌的TRENCHSTOP™ 5 WR5/WR6 IGBT系列在導通和開關特性方面都具有最佳性能。 特別是，當該器件與SiC二極體作為互補開關使用時，開關損耗大大降低，從而能夠在超過60kHz的高開關頻率下運行。 此外，該IGBT系列具有優化的單片集成二極體，適用於boost PFC應用，在這種應用中，高額定電流的反並聯二極體是不經濟的。 IGBT的反並聯二極體在CCM升壓轉換器的正常負載操作中不導通。 但在瞬態或輕載條件下，反向電流會流經該器件，其量級非常小，而且只持續很短的時間。 因此，反並聯二極體的額定電流要求不是很高，所以集成在WR5/WR6 IGBT中的二極體足以滿足這種非典型操作。 這使得TRENCHSTOP™ 5 WR5/WR6 IGBT成為一個具有成本效益的選擇。

為了驗證這一解決方案的有效性，我們使用了TRENCHSTOP™ 5 WR5 IGBT系列中的IKW40N65WR5器件，並將其電氣特性與CoolMOS™ P7 MOSFET（金屬氧化物半導體場效應電晶體）的同等額定值進行了比較。


IGBT展現最佳性能

圖2顯示了IKW40N65WR5 IGBT、80mΩ CoolMOS™ P7 MOSFET以及競爭對手的最佳性能IGBT在開關頻率為60kHz時的效率和熱性能。

結果顯示，在整個負載範圍內，IKW40N65WR5 IGBT的效率和熱性能都優於競爭對手的IGBT。

在IKW40N65WR5 IGBT和競爭對手的器件之間，最大溫度差距超過23°C，在最大負載下，效率差距約為0.3%。 此外，IKW40N65WR5 IGBT在約2kW及以上的情況下，顯示出比同等的CoolMOS™ P7 MOSFET更好的散熱和效率性能。 相比之下，同等的CoolMOS™ P7 MOSFET在中低負載範圍內的表現略好。