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未解决

如何实现高频(MHz)PFC

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李佳222
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本网技师
  • 2018-9-27 10:19:48
10问答币
      您好,我想做一个高频PFC。频率1-2MHz,PF和效率>90%。输出100W左右,输电压为100-240V。我看了一些资料,传统的PFC控制芯片多用于低频,达到MHz的大都是用MCU控制图腾柱拓扑。
      但是如何去仿真呢?PSpice这些软件无法仿真MCU ,但是用模拟芯片仿真又达不到所需频率。还有TI很多模型也是加密了的。。。所以陷入僵局,求大神指导迷津!!
      感激万分!!!

Denson
  • Denson
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高级工程师
  • 2018-9-27 14:01:18
 
用TI的仿真软件,TINA
李佳222
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本网技师
  • 2018-9-27 16:06:25
 
哦哦,我试过TINA,有一个问题就是TI的很多模型都是加密的,TINA也用不了啊,跪谢求指点。。
franky
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副总工程师
  • 2018-9-27 16:37:00
 
可以用PSIM仿..
李佳222
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本网技师
  • 2018-9-27 17:15:07
 
哦哦,好的,我去试一下,谢谢您
joezzhang
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副总工程师
  • 2018-9-27 17:33:49
 
先搞定磁性材料、输入电容和功率半导体,不用软开关的话,硅MOSFET到不了2MHz,而且SiC二极管的结电容都不可忽略了
李佳222
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本网技师
  • 2018-9-27 21:19:13
 
准备用GaN器件作为开关管,用CRM模式来减小开通损耗
joezzhang
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副总工程师
  • 2018-9-27 22:04:30
 
CRM算效率90%,100W/0.9=111W,输入100V,交流电流有效值1.11A,

交流峰值1.57A,电感峰值电流3.14A,母线电压400V,关断边沿3ns,3.14A*400V*3ns*1MHz/√2=2.66W

Coss给你算40pF,导通电阻0.19欧姆,0.5*40pF*(400V)^2*1MHz+(1.05A)^2*0.19欧姆=3.41W

GaN的损耗就超6W了,这么高的频率插件搞不定,贴片散热是个问题。

硬开关还是500kHz以下稳妥,上MHz不用软开关,GaN和SiC也不行
李佳222
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本网技师
  • 2018-9-27 22:45:24
 
谢谢您详细的计算,那这样的话就只有考虑软开关了,不然热损耗太大了
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-9-28 09:35:18
 
CRM模式开通时谷点电压很低,远没有400V。特别是在低压100VAC输入时。
joezzhang
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副总工程师
  • 2018-9-28 14:43:04
 
开通损耗我都给他忽略了,只算了关断损耗,算上开通损耗更高了
李佳222
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本网技师
  • 2018-9-28 14:49:36
 
谢谢提醒,这么看来,只能用软开关了
李佳222
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本网技师
  • 2018-9-28 14:49:09
 
哦哦,那用CCM的话损耗会不会比较大啊?
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-9-28 15:14:20
 
用CCM损耗会大得多,功率才100W,完全没必要用CCM。
10楼作者算出来的这部分0.5*40pF*(400V)^2*1MHz,就是开通损耗,不过公式中这个400V是有问题的,实际在CRM时,这个电压值是谷底,一般在100V以内。所以算出来的损耗没那么高。
李佳222
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本网技师
  • 2018-9-28 16:04:10
 
哦哦,那意思是用CRM,再采用软开关来减小损耗的话,还是行得通的?
deep_thought
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副总工程师
  • 2018-9-28 17:05:29
 
CRM接近于软开关效果了,再配合GaN,基本上可以做出来了。你这个1MHZ的目的是什么?是硬性规定吗?是能量密度或体积要求吗?不能降到300-500KHZ左右吗?一般在高压应用中,跑1MHZ,我感觉太高频率了。
你去英飞凌的网站找找,GaN的应用。好像有做到350KHZ的800W/1600W的设计,可以参考下。
李佳222
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本网技师
  • 2018-9-28 21:00:53
 
嗯嗯,这个1MHz是项目硬性指标,指标是1-2MHz
joezzhang
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副总工程师
  • 2018-9-28 17:34:42
 
这里确实算多了,低压时确实不足400V,还有CRM那个电压是个馒头波,估算的话还要再除以2

但是二极管是个巨坑,3A的碳化硅也有7.6nC,开通损耗可能不能忽略了,大概要算100V*3A*2.5ns*1MHz=0.75W (高压1.65W)

这样输出电容那里的开通损耗扣出去多半,二极管的反向恢复又补点进来,高压下还是接近5W的损耗,够呛



greendot
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总工程师
  • 2018-9-28 18:51:18
 
如果100Vac输入,400V输出,根本就没有开通损耗,ZVS了。
joezzhang
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副总工程师
  • 2018-9-28 19:15:10
 
没理解,crm开通的时候,电感没电流了,但D极电压还是100V啊

难道是用一个时延,让二极管的反向恢复通过电感对电源放电,之后残余能量导通体二极管?

所以crm用超快恢不用SiC?
greendot
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总工程师
  • 2018-9-28 20:54:00
 
这时电感和Coss等谐振,ZCD时,Vds下振幅已过零。
李佳222
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本网技师
  • 2018-9-28 21:03:02
 
多谢指点啊,欢迎大神们讨论
joezzhang
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副总工程师
  • 2018-9-28 21:58:25
 
多谢指点。

硅MOSFET应该没有问题,Co(tr)比较大,但GaN可能有点不一样,输出电容太小。

具体看控制方法了,还是有可能
李佳222
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本网技师
  • 2018-9-29 10:09:31
 
哦哦,好的好的,多谢指点啊

greendot
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  • 2018-9-29 12:30:26
  • 倒数10
 
GaN的Co(tr)也有百pF吧(要找些datasheet看看)。
10楼的关断损耗计算也是不对的,21楼提到的二极管反向恢复损耗,基本是不存在的,所以开关管的总耗没您算的这么大。
李佳222
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本网技师
  • 2018-9-29 15:40:28
  • 倒数9
 
哦哦,好的好的,我再仔细看看,谢谢您哦
joezzhang
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副总工程师
  • 2018-10-1 23:23:13
  • 倒数8
 
恩,算错了,交叠部分积出来要除以6。算下来只有0.45W。

最小只找到15A的GaN,Coss只有71pF,如果上到1MHz,电感大概30-50uH,零电压大概70-95nS

如果能实现CRM,应该是可行的。硬开关会很吃力,这个封装基本都是8X8贴片,最多2W

硬开关的话,Qrr反向充电要考虑进来吧?这个电流会灌到主开关里啊。CRM开通搞个延迟是可以让主电感顶住。


Capture.PNG
greendot
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总工程师
  • 2018-10-3 15:34:34
  • 倒数6
 
1. 至于关断损耗,交叠处不是X状,而是Δ状,应该是除以2,另外电流和频率也不是个固定值,电流和频率是随馒头波和输入电压变化的。(基于一些假设,计算过开关管总损耗大概是1W左右)
2. Qrr 指的是二极管的吧,开关管导通时,二极管正向电流已然为零,基本无需反向恢复。
3. 较小功率的GaN datasheet :
GS66502B-DS-Rev-180420.pdf (1.06 MB, 下载次数: 5)
joezzhang
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  • 2018-10-3 19:09:09
  • 倒数5
 
没理解关断损耗不是X状,GaN的特性?

CRM变频比较麻烦,电流变化倒是简单,按理想正弦波平均值就是峰值除以(pi/2)

给了Eoss方便多了,1.9uJ*1MHz=1.9W,硬开关散热有难度

greendot
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  • 2018-10-3 22:46:20
  • 倒数4
 
关断开始,Vds上升未到Vo时,二极管不导通,开关管电流Ids维持不变,Ids下降时,二极管开始导通,Vds维持在Vo,所以VI交叠是Δ型,Δ的底宽是Tf 的话,关断损耗是:
2018-10-03_224522.jpg
joezzhang
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  • 2018-10-3 23:08:55
  • 倒数3
 
理解了。感谢指点!
greendot
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总工程师
  • 2018-10-4 17:57:19
  • 倒数2
 
开通Coss损耗,只会在母线DC电压高过Vo/2时才有,即
2018-10-04_174816.jpg
输入240Vac,fsw= 260KHz ~ 1.75MHz , Coss = 100pF, 算得 Pcoss= 0.11W。(100Vac时,Pcoss=0 )

李佳222
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本网技师
  • 2018-9-28 21:01:49
 
如果用GaN器件代替二极管应该就没有这么严重了吧
joezzhang
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副总工程师
  • 2018-10-1 23:38:36
  • 倒数7
 
搞成CRM的话,SiC足够了,不用上GaN半桥

经过greendot大师指点,基本清晰了,只要上软开关是很有可能的

电感要下点功夫了,并联电容不能太大,不然控制上更难弄
李佳222
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最新回复
  • 2018-10-6 15:51:22
  • 倒数1
 
哦哦,好的好的,我去试一试,谢谢哦
nc965
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频率1-2MHz是PWM频率还是交流输入频率?
李佳222
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是PWM频率,交流输入频率是50Hz
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  • 2018-9-28 00:06:14
 
SiC/GaN的三电平就可以达到。
李佳222
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本网技师
  • 2018-9-28 09:33:16
 
哦哦,好的,那我再仔细看一下,谢谢您啊
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