何時以及如何使用無橋圖騰柱功率因數校正

2512927 2022-11-24 | pdf | 294.68KB | 次下載 | 免費

資料介紹

高功率因數 (PF) 和高效率是服務器、網絡、5G 電信、工業系統、電動汽車和一系列其他應用中使用的 AC-DC 電源的關鍵要求。然而，電源設計人員面臨的挑戰是同時滿足 IEC 61000-3-2 等標準的 PF 和電磁兼容性 (EMC) 要求，以及 EnergyStar 最新的 80 PLUS Titanium 效率標準。后者要求在 10% 負載時效率至少為 90%，在滿負載時效率至少為 94%。傳統的升壓 PF 校正 (PFC) 拓撲可以提供高 PF 和良好的 EMC，但包含一個效率相對較低的二極管電橋，因此難以滿足預期的效率標準。高功率因數 (PF) 和高效率是服務器、網絡、5G 電信、工業系統、電動汽車和一系列其他應用中使用的 AC-DC 電源的關鍵要求。然而，電源設計人員面臨的挑戰是同時滿足 IEC 61000-3-2 等標準的 PF 和電磁兼容性 (EMC) 要求，以及 EnergyStar 最新的 80 PLUS Titanium 效率標準。后者要求在 10% 負載時效率至少為 90%，在滿負載時效率至少為 94%。傳統的升壓 PF 校正 (PFC) 拓撲可以提供高 PF 和良好的 EMC，但包含一個效率相對較低的二極管電橋，因此難以滿足預期的效率標準。用無橋圖騰柱 PFC 拓撲取代二極管電橋可提供高 PF 和高效率。然而，這會帶來更大的復雜性，因為拓撲結構包括兩個控制環路：一個以線路頻率運行的慢速環路用于整流，一個高頻環路用于升壓部分。從頭開始設計兩個控制回路是一個耗時的過程，可能會延遲上市時間，并導致解決方案成本更高、規模更大。用無橋圖騰柱 PFC 拓撲取代二極管電橋可提供高 PF 和高效率。然而，這會帶來更大的復雜性，因為拓撲結構包括兩個控制環路：一個以線路頻率運行的慢速環路用于整流，一個高頻環路用于升壓部分。從頭開始設計兩個控制回路是一個耗時的過程，可能會延遲上市時間，并導致解決方案成本更高、規模更大。為了應對這些挑戰，設計人員可以改用針對無橋圖騰柱 PFC 設計進行優化的 PFC 控制器 IC。這些控制器具有內部補償數字環路，無需霍爾效應傳感器即可實施逐周期電流限制，并可與硅 MOSFET 或寬帶隙 (WBG) 開關器件（例如碳化硅 (SiC) 或氮化鎵）一起使用（氮化鎵）。由此產生的 PFC 可以在 90 至 265 伏交流輸入下運行，效率高達 99%。為了應對這些挑戰，設計人員可以改用針對無橋圖騰柱 PFC 設計進行優化的 PFC 控制器 IC。這些控制器具有內部補償數字環路，無需霍爾效應傳感器即可實施逐周期電流限制，并可與硅 MOSFET 或寬帶隙 (WBG) 開關器件（例如碳化硅 (SiC) 或氮化鎵）一起使用（氮化鎵）。由此產生的 PFC 可以在 90 至 265 伏交流輸入下運行，效率高達 99%。本文簡要回顧了 AC-DC 電源需要滿足的行業標準，比較了各種 PFC 拓撲的性能，并確定了無橋圖騰柱 PFC 何時是最佳選擇。然后介紹了本文簡要回顧了 AC-DC 電源需要滿足的行業標準，比較了各種 PFC 拓撲的性能，并確定了無橋圖騰柱 PFC 何時是最佳選擇。然后介紹了onsemionsemi針對無橋圖騰柱 PFC 優化的控制器 IC，以及支持組件、評估板和設計建議，以加快開發過程。針對無橋圖騰柱 PFC 優化的控制器 IC，以及支持組件、評估板和設計建議，以加快開發過程。效率可能很復雜效率可能很復雜電源效率比它最初看起來的要復雜得多，因為它包括交流和直流分量。簡單效率是輸入功率與輸出功率之比。然而，典型的 AC-DC 電源的輸入功率不是純正弦波，導致從交流電源汲取的同相和異相功率之間存在差異。這種差異被認為是 PF。要完整描述 AC-DC 電源的效率，需要同時包括 DC 效率和 PF。更具挑戰性的是，效率曲線并不平坦：效率和 PF 會隨著輸入電壓和輸出負載等參數而變化。電源效率比它最初看起來的要復雜得多，因為它包括交流和直流分量。簡單效率是輸入功率與輸出功率之比。然而，典型的 AC-DC 電源的輸入功率不是純正弦波，導致從交流電源汲取的同相和異相功率之間存在差異。這種差異被認為是 PF。要完整描述 AC-DC 電源的效率，需要同時包括 DC 效率和 PF。更具挑戰性的是，效率曲線并不平坦：效率和 PF 會隨著輸入電壓和輸出負載等參數而變化。為了考慮這些變量，EnergyStar 等效率標準定義了各種負載水平和不同輸入電壓下的效率，以及對 PF 的要求（表 1）。最高級別稱為“80 PLUS Titanium”，規定 115 伏交流輸入在 10% 和 100% 額定負載時的最低效率為 90%，在 50% 額定負載時效率為 94%，加上 PF ≥95 % 在額定負載的 20% 時。230 伏交流輸入需要更高的效率。此外，電源應符合 IEC 61000-3-2 標準，該標準對電力線諧波進行了限制。