單相PFC電路輸入電壓為交流230V，電流為7A，輸入標(biāo)準(zhǔn)功率為1.6kW。為了簡化計(jì)算，我們認(rèn)為電流波形為矩形波，占空比恒定為0.5，幅值為10A(矩形波的有效值為
。
得到必要的參數(shù)有助于對功率損耗有一個(gè)大概的了解。選擇好合適的器件之后，最好測一下它的動態(tài)損耗，來驗(yàn)證理論假設(shè)的正確性。
表1中的結(jié)果是通過在相同的工作條件下測量出來的，這樣我們就可以直接對這幾種不同類型的二極管進(jìn)行比較。
表1測試二極管的靜態(tài)及動態(tài)參數(shù)
測試二極管的靜態(tài)及動態(tài)參數(shù)
有了測量值和計(jì)算值以后，我么就可以根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇適宜的二極管。根據(jù)二極管的功率損耗計(jì)算方式式和表2中的數(shù)值，圖1給出了二極管的總功率損耗和開關(guān)頻率的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，開關(guān)頻率大于50kHz時(shí)，串聯(lián)型二極管的損耗最低。100kHz時(shí)，DSEP 9-06CR的損耗只有單個(gè)芯片二極管的80%。因此為了提高整個(gè)電路的效率，我們可以選擇串聯(lián)型二極管。
圖2給出了最大允許溫度和開關(guān)頻率的關(guān)系曲線，同樣應(yīng)用了表1中的數(shù)值。結(jié)溫被設(shè)定在150℃，這個(gè)溫度要低于IXYS HiPerFRED二極管的最高溫度175℃。尺寸最大的二極管(DSEP30-06B)需要最低的散熱條件，因此當(dāng)周圍溫度比較高，散熱有問題的時(shí)侯，這種二極管比較適用。大于80kHz時(shí)，串聯(lián)型二極管DSEP 9-06CR的性能要優(yōu)于較小的DSEP8-06A單芯片二極管。這是因?yàn)樵谶@個(gè)圖中，只出現(xiàn)了二極管的損耗，它們之間的交叉點(diǎn)要高于圖1中的點(diǎn)，因此在二極管的總損耗中，開通損耗要占絕大部分。
圖1 二極管功率與開關(guān)頻率關(guān)系曲線(對應(yīng)表1)
圖2 最高允許溫升與開關(guān)頻率(對應(yīng)表1，Tj=110°)
當(dāng)開關(guān)頻率在50kHz到100kHz范圍內(nèi)(大部分PFC電路中所用的頻率)時(shí)，必須根據(jù)設(shè)計(jì)的要求來選擇二極管。如果開關(guān)頻率已經(jīng)固定，散熱又沒有問題，DSEP 8-06A是首選，因?yàn)樗鄬Ρ容^便宜。如果開關(guān)器件還沒有選擇好，那么可以嘗試選擇中聯(lián)型二極管，因?yàn)樗梢詼p少開關(guān)的開通損耗。就這點(diǎn)來看，同單芯片二極管和較大的晶體管相比。總的成本可以降低下來，如果開關(guān)頻率大于100kHz，或者系統(tǒng)要求高效率，那么無疑要選擇串聯(lián)型二極管了。有源吸收網(wǎng)絡(luò)在主開關(guān)管開通之前給二極管的結(jié)電容放電，我們可以去掉這個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)，這樣，主開關(guān)管的漏電流就不存在比較大的反向恢復(fù)電流，用低反向恢復(fù)電流的串聯(lián)型二極管取代傳統(tǒng)的整流橋，在不加輔助電路的情況下，也可以起到同樣的效果。
有競爭力類型的二極管同IXYS串聯(lián)型二極管06EP相比，需要較低的散熱條件。這是因?yàn)樗姆聪蚧謴?fù)時(shí)間非常短，根據(jù)式(1)，它的損耗也比較低，但這種快速的關(guān)斷特性付出的代價(jià)是存在如圖3所示的EMC問題，DSEP9-06CR關(guān)斷比較慢但比較軟，幾乎可以忽略振蕩。圖4表明，同單芯片二極管DSEP8-06A相比，它具有良好的反向恢復(fù)特性。
圖3 其它二極管的關(guān)斷曲線
圖4 串聯(lián)型二極管與單聯(lián)二極管反向恢復(fù)曲線對比
當(dāng)把若干個(gè)器件串聯(lián)時(shí)，需要保證電壓均衡。這可以通過給每一個(gè)單個(gè)器件并聯(lián)一個(gè)RC吸收網(wǎng)絡(luò)，電阻實(shí)現(xiàn)靜態(tài)電壓均衡，電容實(shí)現(xiàn)動態(tài)電壓均衡。根據(jù)上面的介紹，單封裝、串聯(lián)型二極管不再需要外圍的網(wǎng)絡(luò)。集成在一個(gè)外殼內(nèi)的芯片都實(shí)現(xiàn)了比較好的匹配，它們之間參數(shù)的差異也比較小。靜態(tài)、動態(tài)電壓均衡測試保證了器件的安全性，因此串聯(lián)型二極管可以取代單芯片二極管，而不必再受附加電路的限制和制約。
根據(jù)不同的開關(guān)頻率就有不同的優(yōu)化方法。在低頻場合，單芯片二極管是首選，因?yàn)樗休^低的靜態(tài)損耗。在中等頻率范圍內(nèi)，使用者必須根據(jù)所要求的性能指標(biāo)來選擇合適的二極管。如果需要低損耗，單芯片器件可能是最佳選擇、但也可以考慮較好性能的串聯(lián)型二極管，因?yàn)槭褂盟院罂梢赃x擇定額小的開關(guān)管，這樣就可以降低總的成本。如果周圍的環(huán)境溫度比較高，散熱能力又比較差，這時(shí)可以選擇具有較大尺寸，散熱特性比較好的器件。選用低動態(tài)參數(shù)的串聯(lián)型二極管可以提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，因此，在高頻甚至更高頻率的場合，這種二極管應(yīng)該是最佳選擇。
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