效率更高,体积更小!派恩杰推出高性能SiC MOSFET图腾柱PFC评估板

浏览量:340 | 2022年05月19日

应用背景

 

随着5G基站及其数据中心的发展,全球总体电力需求迅速增长,能耗不断攀升。如何在有限空间内满足发展需求同时降低能耗的问题变得愈发重要和迫切。新的发展趋势对电源工程师和热设计工程师施加了巨大压力,同时,如何实现开关电源的高功率密度和高效率成为推动电源技术变革的核心动力。

 

在电信、服务器、数据中心以及其他工业电源中,电力供应正在推动80 +钛金效率水平的各种电力转换应用。80+钛金效率要求开关电源半载高压时效率达96%,而后级DC/DC变换器通常效率在97.5%左右,这也意味着为了满足标准,前级PFC半载高压时效率要大于98.5%。为达成效率和尺寸的改进目标,系统设计需要不断优化,在电路中采用更适合的拓扑和解决方案。

 

无桥功率因数校正(PFC)通过减少导通路径的器件数来减小导通损耗,可以显著提高效率。无桥图腾柱(Totem-Pole) PFC作为最简洁的无桥PFC拓扑,可以减小尺寸和元器件数量,以简化PCB电路,从而减小体积,提高功率密度。然而由于Si MOSFET极差的反向恢复特性限制了电流连续(CCM) Totem-Pole PFC的应用,而SiC MOS具有极小的反向恢复损耗,使之重获关注和应用,此外由于SiC MOSFET具有极小的开关损耗和高温下较低的导通电阻,使得CCM Totem-Pole PFC可以获得极高的效率。

 

因此派恩杰基于650V,60mΩ的SiC MOSFET P3M06060K4,推出高性能高效双向3.3kW Totem-Pole PFC评估板,以给客户提供参考解决方案。

 

基于SiC MOSFET Totem-Pole PFC评估板

 

如图1所示为3.3kW CCM Totem-pole PFC评估板的拓扑结构,高频管采用派恩杰650V,60mΩ 的SiC MOSFET P3M06060K4,开关频率为65kHz, 低频管采用Si 650V 23mΩ Cool MOSFET, 评估板具体参数见表1。如图2所示,系统由功率板,控制板和高压辅助电源板组成。控制板采用Ti的TMDSCNCD280049C 评估板对系统进行网侧电流和母线电压控制,辅助电源采用派恩杰1700V,1Ω TO263-7 SiC MOSFET P3M171K0G7构成24W 准谐振反激电源,可以涵盖200-1000Vdc输入母线电压范围。

 

表1 3.3kW Totem-Pole PFC评估板规格参数

输入电压

110Vac~240Vac

最大输入电流

16Aac

输出电压

400Vdc

最大输出电流

8.3Adc

输出功率

3.3kW

开关频率

65kHz

电路拓扑

Totem-Pole PFC

应用器件

P3M06060K4

效率

99.19% Peak @ 265Vac; 98.89% Peak @ 220Vac

 

图1 3.3kW Totem-Pole PFC拓扑图

图2 3.3kW Totem-Pole PFC评估板

 

效率和温升测试

 

如图3所示,可以看出采用派恩杰SiC MOSFET CCM Totem-pole PFC在全负载范围内都可以获得非常高的效率,在输入电压265Vac时峰值效率可达99.19% ,输入电压220Vac, 峰值效率也高达98.89% ,大范围负载效率都高过98.5%,可以满足80+钛金效率要求。系统满载温升情况如图4和图5所示,系统最高处温度仅69℃,具有充足的热设计裕量。

 

图3 3.3kW Totem-Pole PFC不同输入电压下效率测试结果

图4 满载系统温度图

图5 局部高频管温度