在功率因數校正(PFC)電路中,600V升壓二極管是關鍵元件,特別是工作在連續模式和苛刻開關條件下的PFC更是這樣。
在每一個開關周期,二極管的恢復電流流經MOS晶體管,這導致開關中高的“開關通導”功率損耗。對于這種應用,需要最快的600V二極管。
為了提高PFC的效率,通常的方法是把三個200V外延恢復二極管串聯起來。這必須增加一個平衡網絡(每一個二極管并聯一個電容和一個電阻),以確保每一個二極管工作在其額定電壓內。
ST Microelectronics公司提供一個新穎的解決方案:兩個300V二極管串聯在一起封裝在絕緣的TO-220封裝中構成600V Tandem(串聯二極管)。這種硅器件是一種超高速二極管,在絕大多數情況下可以對平衡網絡加以抑制。
與普通二極管的比較
工作在連續模式和苛刻開關條件下的PFC(圖1)當晶體管導通時二極管中的電流減少很快(幾百安培/微秒)。
在此有兩種功耗:
在二極管中的導電和開關功耗;
由于二極管的反向恢復電流引起的在晶體管中的功耗。
圖2示出同一PFC用不同的二極管(普通的600V二極管STTA806D或600V Tandem STTH806 TTI)的功耗比較,這些結果是在如下工作條件下得到的:Pout=400W,Fs=150kHz,dI/dt=200A/μs,Tj=125℃,Vmains=110V。從圖2可清楚地看到:開關功耗的主要部分是在MOS晶體管中;用600V Tandem(STTH806TTI)的總功耗比用普通600V二極管(STTA806D)要低,這是由于二極管的小恢復電流所致。 Tandem二極管選擇指標
600V Tandem和普通600V二極管之間的選擇主要取決于下面的參數:
開關頻率Fs;
最小和最大電源電壓Vmains;
二極管的工作結溫Tj。
1.開關頻率Fs的影響
開關頻率越高,超高速STTH806TTI比普通的600V二極管更優越。
2.電源電壓Vmains的影響
圖3示出普通600V二極管(STTA806D)和SSTH806TTI之間功耗差(DeltaP)與電源電壓的關系,PFC處在條件:Pout=330W,Fs=110kHz,dI/dt=165A/μs,Tj=125℃。從圖可見,在最低的電壓電壓Tandem二極管最好。這是由于當晶體管導通時較高的電流所致。Tandem二極管對于工作在110V電源電壓下的PFC是更適宜的。
3.結溫的影響
最大反向恢復電流隨結溫而增加,所以STTA806D和STTH806TTI之間的功耗差隨結溫增加。圖4示出STTA806D和STTH806TTI之間的功耗差與二極管工作結溫的曲線圖,得到此結果的工作條件是:
Pout=330W,F=110kHz,Vmains=85V,dI/dt=165A/μs。
結論
600V Tandem二極管是現在市場上最快的硅600V二極管。本文的分析表明Tandem二極管與普通二極管的性能關系依賴于PFC電路的應用參數。
Tandem二極管最適合對于低輸入電壓(110V)、高結溫和高開關頻率。
可靠性測試表明,在傳統的PFC設計中采用Tandem二極管時不需要平衡網絡。