高效率PFC电路二极管选择方案

PFC中二极管的新选择

    在功率因数校正（PFC）电路中，600V升压二极管是关键元件，特别是工作在连续模式和苛刻开关条件下的PFC更是这样。在每一个开关周期，二极管的恢复电流流经MOS晶体管，这导致开关中高的"开关通导"功率损耗。对于这种应用，需要最快的600V二极管。

    为了提高PFC的效率，通常的方法是把三个200V外延恢复二极管串联起来。这必须增加一个平衡网络（每一个二极管并联一个电容和一个电阻），以确保每一个二极管工作在其额定电压内。

    ST Microelectronics公司提供一个新颖的解决方案：两个300V二极管串联在一起封装在绝缘的TO-220封装中构成600V Tandem(串联二极管）。这种硅器件是一种超高速二极管，在绝大多数情况下可以对平衡网络加以抑制。

与普通二极管的比较

    工作在连续模式和苛刻开关条件下的PFC（图1）当晶体管导通时二极管中的电流减少很快（几百安培/微秒）。

    在此有两种功耗：

    ·在二极管中的导电和开关功耗；

    ·由于二极管的反向恢复电流引起的在晶体管中的功耗。

    图2示出同一PFC用不同的二极管（普通的600V二极管STTA806D或600V Tandem STTH806 TTI)的功耗比较，这些结果是在如下工作条件下得到的：Pout=400W,Fs=150kHz,dI/dt=200A/μs,Tj=125℃，Vmains=110V。从图2可清楚地看到：开关功耗的主要部分是在MOS晶体管中；用600V Tandem(STTH806TTI)的总功耗比用普通600V二极管（STTA806D）要低，这是由于二极管的小恢复电流所致。

Tandem二极管选择指标

    600V Tandem和普通600V二极管之间的选择主要取决于下面的参数：

    ·开关频率Fs;

    ·最小和最大电源电压Vmains;

    ·二极管的工作结温Tj。

    1.开关频率Fs的影响

    开关频率越高，超高速STTH806TTI比普通的600V二极管更优越。

    2.电源电压Vmains的影响

    图3示出普通600V二极管（STTA806D）和SSTH806TTI之间功耗差（DeltaP）与电源电压的关系，PFC处在条件：Pout=330W,Fs=110kHz,dI/dt=165A/μs,Tj=125℃。从图可见，在最低的电压电压Tandem二极管最好。这是由于当晶体管导通时较高的电流所致。Tandem二极管对于工作在110V电源电压下的PFC是更适宜的。

    3.结温的影响

    最大反向恢复电流随结温而增加，所以STTA806D和STTH806TTI之间的功耗差随结温增加。图4示出STTA806D和STTH806TTI之间的功耗差与二极管工作结温的曲线图，得到此结果的工作条件是：Pout=330W,F=110kHz,Vmains=85V,dI/dt=165A/μs。

结论

    600V Tandem二极管是现在市场上最快的硅600V二极管。本文的分析表明Tandem二极管与普通二极管的性能关系依赖于PFC电路的应用参数。

    Tandem二极管最适合对于低输入电压（110V）、高结温和高开关频率。

    可靠性测试表明，在传统的PFC设计中采用Tandem二极管时不需要平衡网络。