R課堂 | PFC電路：死區(qū)時間理想值的考量

關鍵要點

?橋式電路中的死區(qū)時間設置與損耗和安全性有關，因此需要充分確認。

?死區(qū)時間的理想值是不直通的最短時間。

?由于開關器件的開關速度會受溫度和批次變化等因素影響而發(fā)生波動，因此在設計過程中，除了最短時間外，還應留有余量。

PFC電路：死區(qū)時間理想值的考量

在本文中，我們將探討如何估算橋式電路中理想的死區(qū)時間。

電路示例

電路以Power Device Solution Circuit/AC-DC PFC的一覽表中的仿真電路“A-6. PFC CCM Synchro Vin=200V Iin=2.5A”為例（參考圖1）。關于更詳細的電路圖，還可以通過這里查看。

由于該電路是進行同步整流工作的電路，所以我們通過仿真來探討高邊（HS）和低邊（LS）SiC MOSFET SCT2450KE的死區(qū)時間理想值，即不直通的最短時間。死區(qū)時間可以通過仿真工具的PWM控制器參數(shù)TD1（HS）和TD2（LS）來分別設置。

圖1：PFC仿真電路“A-6. PFC CCM Synchro Vin=200V Iin=2.5A”

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死區(qū)時間內(nèi)的損耗

圖2表示死區(qū)時間內(nèi)的電流流動情況。在橋式結構的電路中，要防止直通電流，就需要確保足夠的死區(qū)時間長度，但如果將死區(qū)時間設置得過長，會導致?lián)p耗增加。這是因為在死區(qū)時間內(nèi)，SiC MOSFET處于OFF狀態(tài)，因此電流會流過體二極管。通常，體二極管的導通損耗比較大，其導通時間越長，損耗越大。

圖2：死區(qū)時間內(nèi)的電流流動情況

死區(qū)時間和功率因數(shù)

圖3表示死區(qū)時間長度與電感電流IL之間的關系。如果死區(qū)時間過長，低電壓區(qū)域可能會變?yōu)閿嗬m(xù)工作狀態(tài)，電感電流波形可能會失真，功率因數(shù)可能會惡化。因此，從功率因數(shù)的角度來看，將死區(qū)時間設置得過長并非好事。

圖3：死區(qū)時間長度與電感電流IL的關系

探討理想的死區(qū)時間

圖4表示使死區(qū)時間變化時SiC MOSFET的損耗仿真結果。

圖4：表示使死區(qū)時間變化時SiC MOSFET的損耗仿真結果

從圖中可以看出，當死區(qū)時間在50ns以下時，損耗會因流過直通電流而急劇增加。反之，當延長死區(qū)時間時，HS SiC MOSFET的體二極管的導通時間會變長，因此在這種條件下?lián)p耗也會增加。SiC MOSFET的損耗最小時，正是死區(qū)時間最短（沒有直通電流）時，在本例中為100ns時。但是，由于開關速度會隨溫度和批次差異等因素而波動，因此通常需要留100ns左右的余量。也就是說，在這種情況下，200ns是理想的死區(qū)時間。

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