空調(diào)用電流連續(xù)模式PFC電路：利用MOSFET和二極管提高效率的案例

上一篇文章中介紹了在LED照明電路中提升效率并降低噪聲的案例，本文將介紹在空調(diào)中的案例。近年來(lái)，隨著表示全年能效比的APF（Annual Performance Factor）在行業(yè)中引入實(shí)施，提高空調(diào)等家電的效率已成為重要課題之一。

空調(diào)用電流連續(xù)模式PFC電路：利用MOSFET和二極管提高效率的案例

下面的電路是空調(diào)的電流連續(xù)模式（CCM）PFC電路示例。接下來(lái)是在該電路中，將原始設(shè)計(jì)中使用的FRD（快速恢復(fù)二極管）變更為SiC SBD（肖特基勢(shì)壘二極管）“SCS112AM”和另外的FRD“RFUS20TF6S”后，此外，將開(kāi)關(guān)晶體管由原始的IGBT變更為Hybrid MOS“R6035GN”后，以及同時(shí)變更晶體管和二極管后，對(duì)效率進(jìn)行比較的結(jié)果。

將原始設(shè)計(jì)中的FRD變更為SiC SBD

將原來(lái)使用的FRD變更為SiC SBD后的效率和損耗比較數(shù)據(jù)如下：

以上是一組實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)。在效率方面，有0.1%～0.2%左右的提升；在損耗方面，當(dāng)Po＝2094W時(shí)有約4.2W的差異。

該差異的主要原因是相比原FRD，所替換的SiC SBD的trr（反向恢復(fù)時(shí)間）更短。在“電流連續(xù)模式PFC：利用二極管提高效率的例子”一文中已經(jīng)介紹過(guò)，在電流連續(xù)模式PFC中，二極管的trr（反向恢復(fù)時(shí)間）特性在高速時(shí)效率更好。另外，關(guān)于SiC-SBD和FRD的反向恢復(fù)特性的區(qū)別，在“所謂SiC-SBD－與Si-PND的反向恢復(fù)特性比較”中有詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參考。

將原始設(shè)計(jì)中的IGBT變更為Hybrid MOS

接下來(lái)是開(kāi)關(guān)晶體管的不同所帶來(lái)的損耗比較數(shù)據(jù)。此時(shí)的二極管為SiC SBD。

通過(guò)以上比較可以確認(rèn)，將開(kāi)關(guān)晶體管從IGBT變更為Hybrid MOS“R6035GN”后，在輸出功率1000W的條件下，損耗可以降低4W。

其原因有兩個(gè)。一個(gè)是Hybrid MOS的開(kāi)關(guān)速度快，因此開(kāi)關(guān)損耗小；另一個(gè)是導(dǎo)通電阻小，傳導(dǎo)損耗也小。

從該波形數(shù)據(jù)可以看出，Hybrid MOS的上升變化速度很快，在○圈出來(lái)的部分，損耗比IGBT少。順便提一下，該IGBT是超高速型產(chǎn)品，但還是不及比較對(duì)象Hybrid MOSFET。

右側(cè)的圖表表示晶體管單體的Ic（Id）對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通電阻特性。在20A以上的范圍，Hybrid MOSFET的導(dǎo)通電阻與IGBT幾乎相同；在20A以下的范圍，導(dǎo)通電阻低于IGBT，整體上有望實(shí)現(xiàn)更低的損耗。

綠線(xiàn)所表示的R6035GN是標(biāo)準(zhǔn)的超級(jí)結(jié)MOSFET（SJ MOSFET），低電流時(shí)的導(dǎo)通電阻較低，但在高電流時(shí)導(dǎo)通電阻略高于IGBT。這是標(biāo)準(zhǔn)的SJ MOSFET的特性。因這些特性差異，在大電流應(yīng)用中一般選用IGBT，然而IGBT具有在低電流范圍的損耗較大且效率較差的問(wèn)題。

Hybrid MOS是SJ MOSFET的衍生產(chǎn)品，是具備SJ MOSFET的高速開(kāi)關(guān)性能和低電流時(shí)的低導(dǎo)通電阻、以及與IGBT相匹敵的大電流時(shí)的低導(dǎo)通電阻性能的MOSFET。欲了解更詳細(xì)信息，請(qǐng)參考“同時(shí)具備MOSFET和IGBT優(yōu)勢(shì)的Hybrid MOS”。

變更為Hybrid MOSFET＋SiC SBD，效率更高

最后是二極管和開(kāi)關(guān)晶體管這一組合的效率數(shù)據(jù)。

“原始”是指原設(shè)計(jì)中使用的IGBT和FRD的組合?！癝J MOS＋FRD”是ROHM生產(chǎn)的三款標(biāo)準(zhǔn)的SJ MOSFET和ROHM生產(chǎn)的一款FRD的組合?！癏ybrid MOS＋FRD”均為ROHM生產(chǎn)的產(chǎn)品。使用綠色背景色的“Hybrid MOSFET＋SiC SBD”也均為ROHM生產(chǎn)的產(chǎn)品。

曲線(xiàn)圖是根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)繪制而成的，從結(jié)果看出，Hybrid MOSFET＋SiC SBD的組合可以獲得最高的效率。

關(guān)于PFC，在電流連續(xù)模式（CCM）和臨界模式（BCM）中介紹過(guò)，降低損耗的方法略有不同。在改善效率時(shí)，需要考慮到這一點(diǎn)。

　　審核編輯：湯梓紅