震撼“芯”品|PF=0.999千瓦級交錯并聯(lián)PFC控制器CSV6070
發(fā)布日期：2024-09-13
千瓦級交錯并聯(lián)PFC控制芯片CSV6070
滿足功率因數(shù)=0.999
在小功率電源或充電器中，電網(wǎng)交流電通常直接經(jīng)過二極管不控整流實現(xiàn)交流轉(zhuǎn)直流的目的。但其輸入電流只有在交流側(cè)電壓超過直流側(cè)電壓才會產(chǎn)生，波形如圖1(a)中Ig所示，因此功率因數(shù)(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(wǎng)影響常被忽略，但是當負載功率較大時，它將導致電網(wǎng)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(shù)校正概念
為此國家出臺了諧波電流限制規(guī)范要求(如EN61000-3-2、GB17625.1-2022)，來限制大功率開關電源對電網(wǎng)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(shù)校正（Power Factpr Correction,PFC）環(huán)節(jié)，使得輸入電網(wǎng)電流如圖1（b）所示。
CSV6070簡介：
鍇威特最新推出的交錯連續(xù)導通模式功率因數(shù)校正芯片CSV6070，為大功率交流轉(zhuǎn)直流開關電源提供了完美的功率因數(shù)校正解決方案。該芯片包含多項創(chuàng)新技術，主要功能包括：
（1）交錯并聯(lián)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(lián)；
（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(tài)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(diào)節(jié)峰值限流、欠壓關斷和開路保護等。
CSV6070是國產(chǎn)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(shù)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(jīng)常使用交錯架構(gòu)。CSV6070可同時控制兩相PFC電路，通過相移控制實現(xiàn)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(nèi)部電流合成器
●高線性乘法器輸出與內(nèi)部量化電壓前饋校正
●可編程峰值電流限制
●頻率可調(diào)30kHz-300kHz
●可同步外部時鐘
●可調(diào)軟起動
●可實現(xiàn)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(jié)果：
1
效率曲線
2
功率因數(shù)曲線
3
電源/負載調(diào)整率
4
啟動波形
(10ms/div)
5
1.5kW滿功率穩(wěn)態(tài)波形(PF=0.999，THD<5%)
(10ms/div)
6
穩(wěn)態(tài)交錯并聯(lián)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(tǒng)PFC變換器電感存儲的能量Et可以表示為：
交錯并聯(lián)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(tǒng)PFC變換器與交錯并聯(lián)PFC變換器的AP值的表達式分別為：
由上式可知，傳統(tǒng)PFC電感所需磁芯的總面積是交錯并聯(lián)的四倍，而交錯并聯(lián)PFC需要兩路電感，所以傳統(tǒng)PFC電感所需磁芯的總面積是交錯并聯(lián)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(jié)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(fā)、生產(chǎn)和銷售。已于2023年8月18日在上交所科創(chuàng)板成功上市，股票代碼：688693.SH。
自設立以來，公司以“自主創(chuàng)芯，助力核心芯片國產(chǎn)化” 為發(fā)展理念，“服務零缺陷”為質(zhì)量目標，聚焦功率半導體產(chǎn)業(yè)方向，采取功率器件與功率IC雙輪驅(qū)動策略，將公司打造成高品質(zhì)，高可靠的功率半導體供應商。
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