最高能效，最低成本: BC²

发布时间：2011-9-21 10:44 发布者：eechina

作者：Benoît PERON, Bertrand RIVET, Aurélien HAMADOU
STMicroelectronics, 16 rue Pierre et Marie Curie, 37071 TOURS  cedex 2, FRANCE

摘要

本文论述一个新颖的简单的适用于各种类型硬开关功率转换器的电能回收电路，这个电路只需使用几个意法半导体的元器件：一个微型线圈、两个耦合辅助线圈和两个优化的PN二极管。而且，这个电路完全兼容任何一种PWM控制器。我们在这里论述这个成本最低且能效更高的独特的电能回收电路的基本设计方法。为了突出这个拓扑的好处，我们在一个90-264 VRMS的通用系列450W硬开关式功率因数校正器内，把这个电路与8 A 碳化硅肖特基二极管进行了比较；为了更全面客观的比较，我们使用了几个开关频率(72 kHz、140 kHz和200 kHz)。比较结果显示，新电路的能效高于碳化硅肖特基二极管。此外，这个包括专用二极管和小线圈在内的整流级具有很高的成本效益，符合大众市场的预期。

1.  前言

最大限度地降低功率损耗，在不增加成本的前提下提高功率密度，是现代高能效开关电源面临的主要挑战。开关电源的设计目标是降低功率的通态损耗和开关损耗。

不显著影响成本和功率密度而达到优化功率通态损耗的目的是很难的，因为实现这个目标需要更多的材料，例如，晶片和铜线面积。与通态损耗不同，降低功率开关损耗而不大幅提高电源成本比较容易做到。降低功率开关损耗有两个主要方法：改进半导体技术的动态特性或电路拓扑。

采用碳化硅和氮化镓等材料的新型二极管可大幅降低开关损耗。然而，这些新产品的能效成本比并不适用于大众市场，如台式机电脑和服务器电源。

本文重点论述的专利电路[1]采用软开关法，能效/成本/功率密度/EMI比优于碳化硅高压肖特基二极管，因此符合市场预期。

1.1.  二极管导通损耗

从200 W到2000W之间的大众市场电源通常需要一个连续导通（CCM）的功率因数校正器（PFC）。要想提高功率转换器的功率密度，就应该提高开关频率。然而，功率因数校正器的主要开关损耗是功率开关/整流器换向单元的损耗，提高开关频率意味着更高的损耗。因为PN二极管产生的电压电流交叉区损耗和反向恢复损耗[2] ，如图1.1所示，所以，主要功率损耗发生在功率开关的导通阶段。

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