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震撼“芯”品|PF=0.999千瓦級交錯并聯PFC控制器CSV6070

發布日期:2024-09-13

千瓦級交錯并聯PFC控制芯片CSV6070

滿足功率因數=0.999

 在小功率電源或充電器中,電網交流電通常直接經過二極管不控整流實現交流轉直流的目的。但其輸入電流只有在交流側電壓超過直流側電壓才會產生,波形如圖1(a)中Ig所示,因此功率因數(Power Factor,PF)不高,而且電流諧波高達150%以上。在小功率應用中,該電流對大電網影響常被忽略,但是當負載功率較大時,它將導致電網電壓畸變,頻率漂移,電壓跌落等,嚴重影響其他用電設備正常工作。

(a) 二極管整流輸入電流Ig   (b) 加PFC后輸入電流Ig

圖1  功率因數校正概念


為此國家出臺了諧波電流限制規范要求(如EN61000-3-2、GB17625.1-2022),來限制大功率開關電源對電網的諧波污染。通常在大于80W的電源設計中就需要加入功率因數校正(Power Factpr Correction,PFC)環節,使得輸入電網電流如圖1(b)所示。


CSV6070簡介:

鍇威特最新推出的交錯連續導通模式功率因數校正芯片CSV6070,為大功率交流轉直流開關電源提供了完美的功率因數校正解決方案。該芯片包含多項創新技術,主要功能包括:

(1)交錯并聯控制,與單相PFC相比可以減少輸入電流紋波,減少電感總體積,提高效率, 同時可多芯片并聯;

(2)增加了電流合成和量化電壓前饋功能,以提升PF值、 效率、 瞬態響應,并降低THD;

(3)包含多種保護功能:輸出過電壓檢測、輸入浪涌保護、可調節峰值限流、欠壓關斷和開路保護等。

CSV6070是國產化PFC模擬方案中可覆蓋千瓦級別的領跑者。可被廣泛應用于電動車車載充電器OBC(On-Board Charger),家用電器,中大功率照明,通信/服務器電源等領域。

(a)車載充電 (b)家電(c)照明(d)通信電源

圖2 CSV6070功率因數校正應用領域


CSV6070應用框圖和DEMO

在功率較大PFC解決方案中,會經常使用交錯架構。CSV6070可同時控制兩相PFC電路,通過相移控制實現了PFC輸入電流紋波減弱的同時,完成了功率擴展。應用框圖如下:

圖3 CSV6070應用框圖

圖4 1.5kW CSV6070應用Demo


CSV6070芯片特點:

●先進的內部電流合成器

●高線性乘法器輸出與內部量化電壓前饋校正

●可編程峰值電流限制

●頻率可調30kHz-300kHz

●可同步外部時鐘

●可調軟起動

●可實現頻率抖動以減小EMI

●可對電壓比較器的輸出壓擺率校正

●量化前饋(QVFF)功能

●欠壓保護、過壓保護、開路保護和過溫保護

●SOP20/TSSOP20/QFN5×5-20L


CSV6070性能測試結果:

1

效率曲線

2

功率因數曲線

3

電源/負載調整率


4

啟動波形

(10ms/div)


5

1.5kW滿功率穩態波形(PF=0.999,THD<5%)

(10ms/div)


6

穩態交錯并聯電流波形                    

(5us/div)


7

負載跳變波形

(100ms/div)


CSV6070電路設計:

1

輸入電流紋波計算

因為輸入為交流電,所以開關管的占空比范圍很大。當Vin>0.5Vo時,D<0.5;當Vin<0.5Vo時,D>0.5。鑒于這兩種情況,對兩個PFC電感電流合成的波形進行分析。假設開關管S1,S2占空比相同,開關信號相位錯開180°。

(1)占空比D>0.5

兩個電感電流的波形如下圖:

電感電流合成的波形如圖,等效占空比為:

合成的電流紋波大小為:

兩個電感感量相等時,

(2)占空比D<0.5

L1和L2電流的波形如下圖:

等效占空比為:

合成的電流紋波大小為:

兩個電感感量相等時,

合成的電流紋波與一路電流紋波的比值K可以表示為:


2

電感尺寸減小

傳統PFC變換器電感存儲的能量Et可以表示為:

交錯并聯PFC流過一路電感的電流是輸入電流的二分之一,所以單路電感存儲的能量Ei可以表示為:

采用AP法設計電感,確定磁芯有效截面積與窗口面積的乘積,從而選定磁芯尺寸:

則傳統PFC變換器與交錯并聯PFC變換器的AP值的表達式分別為:

由上式可知,傳統PFC電感所需磁芯的總面積是交錯并聯的四倍,而交錯并聯PFC需要兩路電感,所以傳統PFC電感所需磁芯的總面積是交錯并聯的兩倍。


鍇威特支持PFC芯片列表


單路PFC芯片CSV6088應用框圖:


CSV6070可搭配鍇威特600/650V MOSFET/DIODE

選型表

超結MOSFET

快恢復MOSFET

平面MOSFET

碳化硅MOSFET

碳化硅二極管


蘇州鍇威特半導體股份有限公司


蘇州鍇威特半導體股份有限公司成立于2015年,總部位于張家港市,設有西安子公司,無錫、南京及深圳分公司。公司專注于智能功率半導體器件與功率集成芯片研發、生產和銷售。已于2023年8月18日在上交所科創板成功上市,股票代碼:688693.SH。

自設立以來,公司以“自主創芯,助力核心芯片國產化” 為發展理念,“服務零缺陷”為質量目標,聚焦功率半導體產業方向,采取功率器件與功率IC雙輪驅動策略,將公司打造成高品質,高可靠的功率半導體供應商。



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