Эффективная обработка бросков тока в цепях PFC с использованием карбид-кремниевых диодов Шоттки

Диоды на основе карбида кремния широко применяются там, где требуются повышенные эффективность и удельная мощность. В процессе оптимизации семейства CoolSiC™ было создано новое шестое поколение (G6) карбид-кремниевых диодов Шоттки со сниженными потерями проводимости. При этом снизилась и величина импульсных токов, которые способен пропускать прибор при определенных условиях
852
В избранное

Эффективная обработка бросков тока в цепях PFC с использованием карбид-кремниевых диодов ШотткиДиоды на основе карбида кремния широко применяются там, где требуются повышенные эффективность и удельная мощность. В процессе оптимизации семейства CoolSiC™ было создано новое шестое поколение (G6) карбид-кремниевых диодов Шоттки со сниженными потерями проводимости. При этом снизилась и величина импульсных токов, которые способен пропускать прибор при определенных условиях. Но, тем не менее, параметры CoolSiC™ G6 соответствуют основным современным эксплуатационным требованиям.

С применением карбид-кремниевых диодов (SiC) в цепях коррекции коэффициента мощности (PFC) стали использовать шунтирующий (байпасный), чтобы ограничить прямой ток через SiC в случае появления бросков напряжения в сети электропитания. На рисунке 1 представлена классическая схема PFC с шунтирующим диодом. Шунтирующий диод переходит в проводящее состояние лишь тогда, когда выпрямленное напряжение оказывается выше, чем выходное, например, при броске напряжения.

Упрощенная классическая схема PFC

Рис. 1. Упрощенная классическая схема PFC

Первое испытание оригинального оценочного комплекта платы ККС на 800 Вт выполнялось с шунтирующим диодом. Для того чтобы продемонстрировать наиболее сложный из возможных вариантов, были выбраны следующие тестовые условия:

  • входное напряжение Vвх. = 90 В АС;
  • частота коммутации Fком. = 130 кГц;
  • выходная мощность Рвых. = 800 Вт;
  • параметры импульса – Vим. = 4 кВ, Z = 2 Ом, ? = 90°, конфигурация – «фаза-нейтраль».

Испытание на устойчивость к импульсному перенапряжению проводилось при 90° (то есть положительный импульс напряжения добавлялся поверх синусоидальной волны). В частности, был выбран комбинированный волновой тест с импульсным напряжением 1,2/50 мкс с пиковым значением 4 кВ. Этот тест определен стандартом МЭК 61000-4-5 и касается требований к телекоммуникационным системам.

Данное исследование выполнялось при наихудших возможных условиях в цепи PFC в отношении устойчивости к резким перегрузкам по току. При наиболее малом входном напряжении по цепи протекает наибольший ток. На этом этапе наибольший ток протекает через дроссель цепи PFC и насыщает его. Насыщение приводит к снижению индуктивности дросселя. Такой дроссель не может обеспечить серьезное ограничение тока при возникновении импульсных бросков. Когда импульсный ток протекает через Boost-диод, а не через шунтирующий диод, нагрузка повышается. В этом случае Boost-диод испытывает наибольшую токовую нагрузку.

Первые осциллограммы тока были сняты на Boost-диоде IDH06G65C6 и шунтирующем диоде S5K для того чтобы показать разницу в распределении тока между этими двумя диодами в процессе импульсного воздействия на входе ККМ на 800 Вт. Оба диода одновременно находились в проводящем состоянии примерно по 80 мкс со следующими пиковыми значениями тока:

  • Boost-диод IDH06G65C6: IF,макс = 23,4 A;
  • шунтирующий диод S5K: IF,макс = 308 A.

Помимо осциллограмм тока, были сняты и формы входного напряжения, которое быстро увеличивалось в момент импульса. Тестируемая плата имела защитный варистор структуры MOV (metal oxide varistor), который ограничивает импульсные броски напряжения из электрической сети. Этот варистор оказывает воздействие на токи, протекающие через шунтирующий и Boost-диод. Бросок напряжения между фазой и нейтралью сети вызвал импульс тока сложной формы через шунтирующий диод. В действительности после скачка напряжения было два токовых импульса. Первый возник в момент появления броска напряжения, второй был результатом действия варистора по ограничению напряжения. В процессе ограничения варистором входного напряжения выпрямленное напряжение понижалось и шунтирующий диод закрывался. Когда варистор переставал выполнять функцию ограничения, напряжение на входе увеличивалось и возникал второй импульс через шунтирующий диод.

Ток через Boost-диод был сглажен, так как дроссель PFC ограничивал быстрые переходные процессы. В рабочем режиме Boost-диод (SiC) оказался защищенным от каких-либо перегрузок. Протекающий через диод ток находился в пределах, указанных в спецификации.

Второй вариант рассматривал испытание на устойчивость к броскам напряжения без цепи с шунтирующим диодом. Шунтирующий диод был просто выпаян из участвовавшей в первом варианте испытаний платы. Это означало отсутствие всех функций шунтирующего диода. Для того чтобы иметь одинаковые тестовые условия, как и в предыдущем сценарии, были применены такие же входное напряжение, выходная нагрузка и импульсный ток.

В процессе воздействия импульса повышенного напряжения ток через вольтодобавочный диод увеличивался до 24 А. Такое значение тока находится в пределах, определенных спецификацией. Вольтодобавочный диод CoolSiC G6 прошел испытания, но выпрямительный мост LVB2560 не выдержал их из из-за слишком высокого напряжения.

Диод CoolSiC G6 не ограничивал устойчивость к броскам тока цепи PFC даже без использования шунтирующего диода. Сравнение схем с шунтирующим диодом и без него показывает очевидное преимущество первого варианта. Шунтирующий диод полностью защищает цепи PFC от повышенного импульсного тока и не создает дополнительных потерь мощности в установившемся режиме, потому что он проводит ток только тогда, когда напряжение на его аноде выше, чем на катоде. Таким образом, он является защитным компонентом, который пропускает ток лишь в редких случаях, таких как перегрузка по току.

Производитель: Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
IDH04G65C6XKSA1
IDH04G65C6XKSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2304409 ИНФО PDF
Доступно: 364 шт. от: 109 руб.
Schottky Diodes & Rectifiers SIC DIODES
IDH04G65C6XKSA1 109,00 от 36 шт. 93,00 от 79 шт. 84,00 от 150 шт. 77,50 от 450 шт. 74,00
126 шт.
(на складе)
238 шт.
(под заказ)
IDH06G65C6XKSA1
IDH06G65C6XKSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2304413 ИНФО PDF RD
Доступно: 179 шт. от: 5 руб.
Выбрать
условия
поставки
Schottky Diodes & Rectifiers SIC DIODES
IDH06G65C6XKSA1 от 5 шт. от 365,04
179 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
IDH08G65C6XKSA1
IDH08G65C6XKSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2304415 ИНФО PDF
Доступно: 433 шт. от: 150 руб.
Schottky Diodes & Rectifiers SIC DIODES
IDH08G65C6XKSA1 150,00 от 21 шт. 150,00 от 50 шт. 145,00 от 100 шт. 134,00 от 250 шт. 128,00
433 шт.
(на складе)
IDH10G65C6XKSA1
IDH10G65C6XKSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2304418 ИНФО PDF
Доступно: 146 шт. от: 321 руб.
Schottky Diodes & Rectifiers SIC DIODES
IDH10G65C6XKSA1 321,00 от 13 шт. 275,00 от 27 шт. 247,00 от 50 шт. 229,00 от 150 шт. 218,00
17 шт.
(на складе)
129 шт.
(под заказ)
IDH12G65C6XKSA1
IDH12G65C6XKSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2304420 ИНФО PDF
Доступно: 159 шт. от: 409 руб.
Schottky Diodes & Rectifiers SIC DIODES
IDH12G65C6XKSA1 409,00 от 10 шт. 351,00 от 21 шт. 316,00 от 50 шт. 292,00 от 100 шт. 278,00
159 шт.
(на складе)
IDH16G65C6XKSA1
IDH16G65C6XKSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2304422 ИНФО PDF
Доступно: 113 шт. от: 495 руб.
Schottky Diodes & Rectifiers SIC DIODES
IDH16G65C6XKSA1 495,00 от 8 шт. 424,00 от 18 шт. 381,00 от 38 шт. 353,00 от 100 шт. 336,00
63 шт.
(на складе)
50 шт.
(под заказ)
IDH20G65C6XKSA1
IDH20G65C6XKSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2304423 ИНФО PDF
Доступно: 102 шт. от: 335 руб.
Schottky Diodes & Rectifiers SIC DIODES
IDH20G65C6XKSA1 335,00 от 8 шт. 335,00 от 17 шт. 335,00 от 37 шт. 335,00 от 100 шт. 335,00
42 шт.
(на складе)
60 шт.
(под заказ)
IDDD04G65C6XTMA1
IDDD04G65C6XTMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2611817 ИНФО
Доступно: 202 шт. от: 5 руб.
Выбрать
условия
поставки
SIC SCHOTTKY DIODE, SINGLE, 13A, HDSOP
IDDD04G65C6XTMA1 от 5 шт. от 320,96
202 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
IDDD06G65C6XTMA1
IDDD06G65C6XTMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2611818 ИНФО
Доступно: 234 шт. от: 1 руб.
Выбрать
условия
поставки
SIC SCHOTTKY DIODE, SINGLE, 18A, HDSOP
IDDD06G65C6XTMA1 от 1 шт. от 277,00
234 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
IDDD08G65C6XTMA1
IDDD08G65C6XTMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2611819 ИНФО RD
Доступно: 176 шт. от: 1 руб.
Выбрать
условия
поставки
SIC SCHOTTKY DIODE, SINGLE, 24A, HDSOP
IDDD08G65C6XTMA1 от 1 шт. от 368,71
176 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки

Сравнение позиций

  • ()