空调用PFC电路 : 利用MOSFET和二极管提高效率的案例

wudianjun2001

上一篇文章中介绍了在LED照明电路中提升效率并降低噪声的案例，本文将介绍在空调中的案例。近年来，随着表示全年能效比的APF（Annual Performance Factor）在行业中引入实施，提高空调等家电的效率已成为重要课题之一。

空调用电流连续模式PFC电路：利用MOSFET和二极管提高效率的案例

下面的电路是空调的电流连续模式（CCM）PFC电路示例。接下来是在该电路中，将原始设计中使用的FRD（快速恢复二极管）变更为SiC SBD（肖特基势垒二极管）“SCS112AM”和另外的FRD“RFUS20TF6S”后，此外，将开关晶体管由原始的IGBT变更为Hybrid MOS“R6035GN”后，以及同时变更晶体管和二极管后，对效率进行比较的结果。

将原始设计中的FRD变更为SiC SBD

将原来使用的FRD变更为SiC SBD后的效率和损耗比较数据如下：

以上是一组实际测量数据。在效率方面，有0.1%～0.2%左右的提升；在损耗方面，当Po＝2094W时有约4.2W的差异。

该差异的主要原因是相比原FRD，所替换的SiC SBD的trr（反向恢复时间）更短。在“电流连续模式PFC：利用二极管提高效率的例子”一文中已经介绍过，在电流连续模式PFC中，二极管的trr（反向恢复时间）特性在高速时效率更好。另外，关于SiC-SBD和FRD的反向恢复特性的区别，在“所谓SiC-SBD－与Si-PND的反向恢复特性比较”中有详细说明，请参考。

将原始设计中的IGBT变更为Hybrid MOS

接下来是开关晶体管的不同所带来的损耗比较数据。此时的二极管为SiC SBD。

通过以上比较可以确认，将开关晶体管从IGBT变更为Hybrid MOS“R6035GN”后，在输出功率1000W的条件下，损耗可以降低4W。

其原因有两个。一个是Hybrid MOS的开关速度快，因此开关损耗小；另一个是导通电阻小，传导损耗也小。

从该波形数据可以看出，Hybrid MOS的上升变化速度很快，在○圈出来的部分，损耗比IGBT少。顺便提一下，该IGBT是超高速型产品，但还是不及比较对象Hybrid MOSFET。

右侧的图表表示晶体管单体的Ic（Id）对应的导通电阻特性。在20A以上的范围，Hybrid MOSFET的导通电阻与IGBT几乎相同；在20A以下的范围，导通电阻低于IGBT，整体上有望实现更低的损耗。

绿线所表示的R6035GN是标准的超级结MOSFET（SJ MOSFET），低电流时的导通电阻较低，但在高电流时导通电阻略高于IGBT。这是标准的SJ MOSFET的特性。因这些特性差异，在大电流应用中一般选用IGBT，然而IGBT具有在低电流范围的损耗较大且效率较差的问题。

Hybrid MOS是SJ MOSFET的衍生产品，是具备SJ MOSFET的高速开关性能和低电流时的低导通电阻、以及与IGBT相匹敌的大电流时的低导通电阻性能的MOSFET。欲了解更详细信息，请参考“同时具备MOSFET和IGBT优势的Hybrid MOS”。

变更为Hybrid MOSFET＋SiC SBD，效率更高

最后是二极管和开关晶体管这一组合的效率数据。

“原始”是指原设计中使用的IGBT和FRD的组合。“SJ MOS＋FRD”是ROHM生产的三款标准的SJ MOSFET和ROHM生产的一款FRD的组合。“Hybrid MOS＋FRD”均为ROHM生产的产品。使用绿色背景色的“Hybrid MOSFET＋SiC SBD”也均为ROHM生产的产品。

曲线图是根据表格中的数据绘制而成的，从结果看出，Hybrid MOSFET＋SiC SBD的组合可以获得最高的效率。

关于PFC，在电流连续模式（CCM）和临界模式（BCM）中介绍过，降低损耗的方法略有不同。在改善效率时，需要考虑到这一点。

关键要点:

・在电流连续模式PFC中，将IGBT＋FRD替换为Hybrid MOSFET＋SiC SBD可提高效率。

・在该案例中，SiC SBD的高速trr特性、Hybrid MOSFET的低导通电阻＋高速开关有助于提高效率。

天师猫神

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weiwei4

不错的资料，学习了