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合作交流||瞻芯电子CCM图腾柱PFC芯片批量助力国产3kW碳化硅钛金电源产品

来源:Inventchip 发布时间:2022/05/27点击数:204

近日,由深圳市楚源电子有限公司开发的新型3000w电源产品(型号:CY0168)即将量产,这是一款高效率、高功率密度的数模混合控制整流模块,输入电压范围85~300Vac,额定输出53.5Vdc,带有PFC有源功率因数校正。该模块数字控制,通过CAN总线实现通信功能。具有输入过、欠压保护、输出过流保护、输出过压保护,输出短路保护功能。

楚源CY0168电源搭载了瞻芯电子开发的3款核心元器件:CCM图腾柱PFC模拟控制芯片(IVCC1102)、碳化硅MOSFET(IV1Q06040T4)及比邻驱动®芯片(IVCR1401),效率峰值为96.8%,达到钛金效率标准,对比传统CRM交错PFC电源方案的极限效率,仍提升了0.4%,体现了无桥PFC优势,因为靠模拟芯片控制,不涉及软件控制,所以外围电路设计简单,易于实现。

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下图为电源的整机效率曲线:

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核心元器件介绍

楚源CY0168电源拓扑的关键是采用了瞻芯电子开发的连续模式(CCM)图腾柱PFC控制芯片IVCC1102,并搭配瞻芯电子的 650V 40mhom SiC MOSFET, 利用碳化硅其反向恢复接近零的优势,实现了高效的图腾柱PFC拓扑,同时还采用了比邻驱动®芯片IVCR1401,这是瞻芯电子首创的碳化硅MOSFET专用驱动器,以充分发挥碳化硅MOSFET高频率开关、低导通电阻的优势特性。该电源产品的定型量产也进一步印证了采用图腾柱PFC模拟控制芯片,搭配碳化硅器件,能降低PFC电路应用门槛,快速推出高效率、高可靠性的电源产品。

 

1.连续模式(CCM)图腾柱PFC控制芯片

 

瞻芯电子自主开发的连续模式图腾柱PFC控制芯片 IVCC1102,芯片内置高可靠性的模拟控制,具备快速精确的功率因数校正控制信号输出,不使用数字电源控制芯片,无需编程调试,不论搭配碳化硅器件或氮化镓器件,都能大幅简化器件选型及开发成本,大大加快产品的开发速度,还能解决一系列控制难点,保证方案的高效、高可靠性。

在连续模式(CCM)图腾柱PFC控制芯片IVCC1102问世之前,由于图腾柱PFC控制的复杂性,数字电源控制芯片是市场上实现图腾柱PFC仅有的解决方案。尽管灵活性有优势,但数字电源项目开发的难度和成本提高了应用导入的门槛。

该电源采用了IVCC1102,搭配MOS 管分别进行同步整流和 PFC 升压,全面取代传统二极管,有效避免了传统二极管拉低转换效率的影响,提升了电源整体效率。

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瞻芯电子自主开发的 IVCC1102 ,不仅能缩短开发时间,降低开发人力和器件成本,还能克服多项控制难点,提高电源的可靠性:

 

      1)反电流倒灌控制。带交流整流同步管的图腾柱PFC实质上是一个双向变换器。输入交流电压(AC)的瞬间下掉,如果不能及时关闭开关器件,会导致母线电解电容能量倒灌回AC侧,从而产生很大的倒灌电流。该电流不仅使PFC消耗掉系统掉电保持时间(hold-up time)所需的能量,极端情况还可能损坏开关管。 IVCC1102检测输入电压,采用自主专利中的固定前馈比控制技术,占空比可以快速响应AC电压变化,再配合快速可靠的过零点逻辑,完美地解决了这一控制难点。 

      2)平滑过零点电流控制难题。IVCC1102采用自主专利中的过零点控制技术,缩短过零区,同时提高过零区软启开关频率,减小慢管换流时的电流尖峰,使AC电流可以平滑过零。

      3)兼顾低总谐波失真(THD)和快电压环控制。IVCC1102釆用自主专利中的混合控制技术,在稳态运行时,仅在AC过零点时对输出电压釆样,从而减小输出电压的二次谐波,减小THD的影响;而在动态时,输出电压反馈信号实时采样,并进入非线性控制环路,来加快电压环的响应以减小输出电压的波动,使这两难的控制得以有效地结合,提升电路的整体运行效果。

      4)抗雷击破坏。由于雷击波电压上升速度快,并随机地同相或反相地叠加到AC电压上,检测电路和控制器必须快速测出输入电压极性并做相应的控制调整,否则容易损坏后级电路。IVCC1102采用快速的模拟检测电路和固化的控制逻辑,能稳定而有效地应对这种特殊场景,减小或消除雷电波对开关管的冲击。

 

2. 碳化硅MOSFET及专用的比邻驱动®芯片

该电源采用了瞻芯电子650V 40mOhm SiC MOSFET(IV1Q06040T4), 利用其反向恢复接近零的优势,实现了高效的图腾柱PFC拓扑,这是一款TO247-4插件封装的器件。同时,瞻芯电子新开发的TOLL封装的650V 40/60mOhm SiC MOSFET(IV1Q06040L1、IV1Q06060L1G),适用于高频、小体积、高功率密度的图腾柱电源设计,已经可以提供工程样品。

为了充分发挥碳化硅MOSFET产品的特性优势,该电源还采用了碳化硅MOSFET专用的比邻驱动®芯片 IVCR1401,这是瞻芯电子首创的一款紧凑型、高速、智能的栅极驱动器,已通过工规级认证(JEDEC),能够高效、安全地驱动 SiC MOSFET 和 IGBT,并且仅在 8 引脚封装上集成了负压驱动、退饱和等一系列的关键功能。

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下面是比邻驱动®芯片 IVCR1401的主要功能特点概述:

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总结

     瞻芯电子是中国领先的碳化硅(SiC)功率半导体和芯片解决方案提供商,2017年成立于上海,致力于开发碳化硅功率器件、驱动和控制芯片、碳化硅功率模块产品。

瞻芯电子是中国第一家自主开发并掌握6英寸SiC MOSFET产品以及工艺平台的公司,致力于围绕碳化硅功率半导体应用,为客户提供一站式(Turn-key)芯片解决方案。

有需求的伙伴可通过下列邮箱和网址,获取更多产品详细信息。

 

瞻芯电子:sales@inventchip.com.cn

网址:www.inventchip.com.cn