【導讀】緊(jin)湊(cou)的(de)尺(chi)寸(cun)和(he)不(bu)斷(duan)降(jiang)低(di)的(de)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)是(shi)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)設(she)計(ji)的(de)開(kai)發(fa)者(zhe)一(yi)直(zhi)追(zhui)求(qiu)的(de)目(mu)標(biao)。現(xian)在(zai)，由(you)於(yu)家(jia)用(yong)電(dian)器(qi)消(xiao)耗(hao)的(de)能(neng)量(liang)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)
，從(cong)事(shi)此(ci)類(lei)應(ying)用(yong)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)還(hai)有(you)一(yi)個(ge)目(mu)標(biao)：保持高功率因數(PF)。特別是空調，其額定功率為1.8kW或更大，是最耗電的設備之一。在這裏



，功率因數校正(PFC)是強製性的，對於PFC，設計者認為IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是具有最高性價比的開關器件。

緊(jin)湊(cou)的(de)尺(chi)寸(cun)和(he)不(bu)斷(duan)降(jiang)低(di)的(de)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)是(shi)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)設(she)計(ji)的(de)開(kai)發(fa)者(zhe)一(yi)直(zhi)追(zhui)求(qiu)的(de)目(mu)標(biao)。現(xian)在(zai)，由(you)於(yu)家(jia)用(yong)電(dian)器(qi)消(xiao)耗(hao)的(de)能(neng)量(liang)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)，從(cong)事(shi)此(ci)類(lei)應(ying)用(yong)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)還(hai)有(you)一(yi)個(ge)目(mu)標(biao)：保持高功率因數(PF)。特別是空調，其額定功率為1.8kW或更大

，是最耗電的設備之一。在這裏
，功率因數校正(PFC)是強製性的，對於PFC
，設計者認為IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是具有最高性價比的開關器件。

在PFCxitongzhong，jiaodidekaiguanpinlvzengjialeshengyadianganqidechicun。yinci，kaifarenyuanbunengbatafangzaizhudianlubanshang。zaizhezhongqingkuangxia
，dianganqidejiagebukebimiandihuihengao，erqiexitongdewaixingchicunyeshoudaoxianzhi，shideqitashejimubiaojihuwufashixian。ciwai，zaianzhuanghuoweihuguochengzhongkenengfashengduanlu(SC)事件
，設計者傾向於選擇具有短路耐受能力的IGBT。

為了保證短路能力，器件的Vce(sat)和開關性能都會降低。因此，通過提高開關頻率將PFC電感器集成到主板上的需求持續上升。這樣做將最大限度地減少係統的外形尺寸和重量，降低電感器的成本，並能使用高性能的IGBT。

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
，采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。隻要∆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麵選擇最佳電感量。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

英飛淩的TRENCHSTOP™ 5 WR5/WR6 IGBT係列在導通和開關特性方麵都具有最佳性能。特別是，當該器件與SiC二極管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係列具有優化的單片集成二極管，適用於boost PFC應用，在這種應用中，高額定電流的反並聯二極管是不經濟的。IGBT的反並聯二極管在CCM升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi的de正zheng常chang負fu載zai操cao作zuo中zhong不bu導dao通tong。但dan在zai瞬shun態tai或huo輕qing載zai條tiao件jian下xia，反fan向xiang電dian流liu會hui流liu經jing該gai器qi件jian
，其qi量liang級ji非fei常chang小xiao，而er且qie隻zhi持chi續xu很hen短duan的de時shi間jian。因yin此ci，反fan並bing聯lian二er極ji管guan的de額e定ding電dian流liu要yao求qiu不bu是shi很hen高gao，所suo以yi集ji成cheng在zaiWR5/WR6 IGBT中的二極管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係列中的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晶體管)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℃，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。

圖2.IKW40N65WR5 IGBT,CoolMOS™ P7 MOSFET以及競爭對手最佳性能的40A IGBT在 fsw=60kHz下的效率及熱性能測試結果

圖2所示的結果表明，CoolMOS™ P7 MOSFET將是輕載條件的理想選擇。對於大型電器
，如空調，滿載條件非常重要，考慮到成本和性能，TRENCHSTOP™ 5 WR5 IGBT顯然是最佳選擇。通過使用TRENCHSTOP™ 5 WR5 IGBT和一個SiC二極管
，可以將PFC級的開關頻率提高到60 kHz。這大大降低了所需的電感量
，節省了重量和空間，使PFC電感直接安裝在主板上成為可能。

此外，TRENCHSTOP™ 5 WR5 IGBT在高頻運行中表現出的效率和熱性能遠遠高於性能最好的競爭對手的器件。與同等的CoolMOS™ P7 MOSFET相比，IKW40N65WR5 IGBT在2kW左右及以上的情況下具有更高的效率和溫度特性。

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