R课堂 | PFC电路：死区时间理想值的考量

 

 

 

关键要点

・桥式电路中的死区时间设置与损耗和安全性有关，因此需要充分确认。

・死区时间的理想值是不直通的最短时间。

・由于开关器件的开关速度会受温度和批次变化等因素影响而发生波动，因此在设计过程中，除了最短时间外，还应留有余量。

 

 

 

PFC电路：死区时间理想值的考量

在本文中，我们将探讨如何估算桥式电路中理想的死区时间。

 

     

电路示例

     

电路以Power Device Solution Circuit/AC-DC PFC的一览表中的仿真电路“A-6. PFC CCM Synchro Vin=200V Iin=2.5A”为例（参考图1）。关于更详细的电路图，还可以通过这里查看。

 

由于该电路是进行同步整流工作的电路，所以我们通过仿真来探讨高边（HS）和低边（LS）SiC MOSFET SCT2450KE的死区时间理想值，即不直通的最短时间。死区时间可以通过仿真工具的PWM控制器参数TD1（HS）和TD2（LS）来分别设置。

图1：PFC仿真电路“A-6. PFC CCM Synchro Vin=200V Iin=2.5A”

 

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死区时间内的损耗

     

图2表示死区时间内的电流流动情况。在桥式结构的电路中，要防止直通电流，就需要确保足够的死区时间长度，但如果将死区时间设置得过长，会导致损耗增加。这是因为在死区时间内，SiC MOSFET处于OFF状态，因此电流会流过体二极管。通常，体二极管的导通损耗比较大，其导通时间越长，损耗越大。

图2：死区时间内的电流流动情况

 

     

死区时间和功率因数

     

图3表示死区时间长度与电感电流IL之间的关系。如果死区时间过长，低电压区域可能会变为断续工作状态，电感电流波形可能会失真，功率因数可能会恶化。因此，从功率因数的角度来看，将死区时间设置得过长并非好事。

图3：死区时间长度与电感电流IL的关系

 

     

探讨理想的死区时间

     

图4表示使死区时间变化时SiC MOSFET的损耗仿真结果。

图4：表示使死区时间变化时SiC MOSFET的损耗仿真结果

 

从图中可以看出，当死区时间在50ns以下时，损耗会因流过直通电流而急剧增加。反之，当延长死区时间时，HS SiC MOSFET的体二极管的导通时间会变长，因此在这种条件下损耗也会增加。SiC MOSFET的损耗最小时，正是死区时间最短（没有直通电流）时，在本例中为100ns时。但是，由于开关速度会随温度和批次差异等因素而波动，因此通常需要留100ns左右的余量。也就是说，在这种情况下，200ns是理想的死区时间。

 

     

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