一种基于4H-SiC JBS 二极管的Boost 型PFC 电路

姜玉德 ,甘新慧 ,赵琳娜 ,顾晓峰

(1.江南大学 电子工程系 物联网技术应用教育部工程研究中心,江苏 无锡 214122;2.华润微电子有限公司,江苏无锡 214061)

功率因数校正(PFC)电路主要用于抑制电网的谐波分量,减少无功功率的产生,在开关电源中占据重要地位[1-2]。目前,开关电源的发展主要有两个方向:(1)提高电路开关频率;(2)降低系统损耗。传统的硅(Si)基二极管因为反向恢复电流大,漏电流较高,在应用中会带来较高的开关损耗,并且限制了电源系统向高频化的方向发展[3]。

碳化硅(SiC)材料可以突破Si 基器件在导通电阻、反向恢复电荷、击穿电压等关键参数方面的限制,有助于实现小型化、高频化和高效率的电力电子系统,因此SiC 器件的应用技术成为了电力电子领域的一个研究热点[4-6]。Chen 等[7]采用SiC MOSFET 和SiC 二极管设计了不间断电源系统,并针对器件散热和寄生电感进行优化,在2000 W 的输出功率下功率密度为58 W/in3,系统效率为98.3%。Al-Bayati 等[8]比较了几种不同开关管和二极管组合下的非隔离DC-DC 电路的性能,验证了选用SiC 肖特基二极管(SBD)和SiC 开关管组合有利于提高电路开关频率和效率。Abbasi 等[9]提出了一种用于升压转换的无桥式AC-DC变换器,该变换器采用新型PFC 拓扑结构,并使用SiC MOSFET 和SiC 二极管来提高转换效率。

4H-SiC 结势垒肖特基(JBS)二极管可以直接取代Si 二极管在PFC 电路中的应用,具有零反向恢复的特点,并且可有效减小对周围电路的电磁干扰,在电力电子领域极具潜力。目前针对SiC 器件的应用开发已取得较多成果,但大部分工作都以“开关管+二极管”的组合形式来提高电路性能,并未系统分析SiC JBS二极管在应用中相比于Si 二极管的优势。……