IVCC1102搭配第三代半導(dǎo)體應(yīng)用發(fā)揮優(yōu)勢

隨著第三代半導(dǎo)體碳化硅和氮化鎵開關(guān)器件大范圍應(yīng)用，圖騰柱PFC應(yīng)用獲得極大的拓展。碳化硅和氮化鎵的反向恢復(fù)損耗接近于零，從而讓圖騰柱PFC工作在連續(xù)模式成為可能。相比于傳統(tǒng)PFC，圖騰柱PFC拓?fù)浜唵?，而且效率高，廣泛應(yīng)用于鉑金級、鈦金級電源設(shè)計(jì)。

瞻芯電子開發(fā)了工業(yè)界首款全功能連續(xù)模式(CCM)圖騰柱PFC控制芯片 IVCC1102，僅為16腳封裝，在其問世之前，由于圖騰柱PFC控制的復(fù)雜性，數(shù)字電源控制器是市場上實(shí)現(xiàn)圖騰柱PFC僅有的解決方案。盡管性能有明顯優(yōu)勢，但數(shù)字電源項(xiàng)目開發(fā)的難度和成本提高了應(yīng)用導(dǎo)入的門檻。而且，數(shù)字控制器在某些特殊的應(yīng)用場景，如AC瞬間掉電或雷擊等，其響應(yīng)速度無法保持正確控制邏輯，從而難于應(yīng)付電流倒灌。而且，數(shù)控通常要求有高水平的軟件和硬件工程師協(xié)作開發(fā)，有較大開發(fā)成本和開發(fā)時(shí)間負(fù)擔(dān)。

在上述背景下，瞻芯電子自主開發(fā)的連續(xù)模式圖騰柱PFC控制器 IVCC1102，芯片內(nèi)置高可靠性的模擬控制，具備快速精確的功率因數(shù)校正控制信號輸出，不使用數(shù)字電源控制器，無需編程調(diào)試，不管是搭配碳化硅器件，還是搭配氮化鎵器件，都能大幅簡化器件選型及開發(fā)任務(wù)，大大加快產(chǎn)品的開發(fā)速度，解決上述提到的各種難點(diǎn)，保證方案的高效、高可靠性，迅速推出高性能電源產(chǎn)品。

近日公布的基于氮化(GaN)的鎵鎵未來700W智能混合信號無橋圖騰柱 PFC+LLC量產(chǎn)電源解決方案，以及基于碳化硅（SiC)的瞻芯電子2500W 圖騰柱 PFC電源方案都很好的驗(yàn)證了IVCC1102控制器的優(yōu)異特性。

SOIC-16封裝 

     4x4mm QFN-20封裝

瞻芯電子自主開發(fā)的 IVCC1102 ，不僅能縮短電源開發(fā)時(shí)間，降低開發(fā)人力和器件成本，還能克服多項(xiàng)控制難點(diǎn)，提高電源的可靠性：

1）反電流倒灌控制。帶交流整流同步管的圖騰柱PFC實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向變換器。輸入交流電壓(AC)的瞬間下掉，如果不能及時(shí)關(guān)閉開關(guān)器件，會導(dǎo)致母線電解電容能量倒灌回AC側(cè)，從而產(chǎn)生很大的倒灌電流。該電流不僅使PFC消耗掉系統(tǒng)掉電保持時(shí)間（hold-up time）所需的能量，極端情況還可能損壞開關(guān)管。IVCC 1102 檢測輸入電壓，采用自主專利中的固定前饋比控制技術(shù)，占空比可以快速響應(yīng)AC電壓變化，再配合快速可靠的過零點(diǎn)邏輯，完美地解決了這一控制難點(diǎn)。

2）平滑過零點(diǎn)電流控制難題。IVCC1102 采用自主專利中的過零點(diǎn)控制技術(shù)，縮短過零區(qū)，同時(shí)提高過零區(qū)軟啟開關(guān)頻率，減小慢管換流時(shí)的電流尖峰，使AC電流可以平滑過零。

3）兼顧低總諧波失真(THD)和快電壓環(huán)控制。IVCC1102 釆用自主專利中的混合控制技術(shù)，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，僅在AC過零點(diǎn)時(shí)對輸出電壓釆樣，從而減小輸出電壓的二次諧波，減小THD的影響；而在動態(tài)時(shí)，輸出電壓反饋信號實(shí)時(shí)采樣，并進(jìn)入非線性控制環(huán)路，來加快電壓環(huán)的響應(yīng)以減小輸出電壓的波動，使這兩難的控制得以有效地結(jié)合，提升電路的整體運(yùn)行效果。

4）抗雷擊破壞。由于雷擊波電壓上升速度快，并隨機(jī)地同相或反相地疊加到AC電壓上，檢測電路和控制器必須快速測出輸入電壓極性并做相應(yīng)的控制調(diào)整，否則容易損壞后級電路。IVCC1102 采用快速的模擬檢測電路和固化的控制邏輯，能穩(wěn)定而有效地應(yīng)對這種特殊場景，減小或消除雷電波對開關(guān)管的沖擊。

IVCC1102搭配碳化硅(SiC)的圖騰柱PFC方案

瞻芯電子開發(fā)了一款圖騰柱全橋PFC方案，這是一種AC-DC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并工作在連續(xù)模式（CCM）。高速橋臂的SiC MOSFET工作頻率為57kHz。由于碳化硅MOSFET有極小的輸出電容和接近零的反向恢復(fù)，它是硬開關(guān)電路的理想開關(guān)器件 。同步整流的慢橋臂工作在工頻，由于低導(dǎo)通電阻的Si MOSFET導(dǎo)通時(shí)的Vsd壓降遠(yuǎn)低于高壓二極管，使得整流功耗大大降低。通過以上的方式，可以提高應(yīng)用的整體效率。

下面是該方案拓?fù)鋱D：

基于瞻芯電子 IVCC1102 設(shè)計(jì)的2500W圖騰柱PFC電源方案及芯片已被終端客戶采納，并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，實(shí)物如下圖所示：

該方案PFC控制器采用IVCC1102，搭配瞻芯電子推出的碳化硅MOS驅(qū)動器IVCR1401，以及60mΩ導(dǎo)阻的碳化硅開關(guān)管IV1Q06060T4，用于同步整流驅(qū)動的IVCO1A01隔離驅(qū)動器控制同步整流管，可實(shí)現(xiàn)2500W高功率，同時(shí)最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)98.7%的解決方案。

該方案的電流總諧波失真曲線如下圖，從曲線可以看出該方案實(shí)現(xiàn)了極低的總諧波失真(THD)：

由于使用非線性環(huán)路控制，交流輸入，從空載到滿載，輸出電壓僅跌落38V，從滿載到空載，輸出電壓僅上升28V。

2.5kW Setup Load Up with AC Input

    2.5kW Setup Load Down with AC Input

相應(yīng)的碳化硅器件溫升曲線如圖所示，從500W到滿載2500W輸出，溫度只上升到了16℃，表現(xiàn)也很好。

其它詳細(xì)測試數(shù)據(jù)歡迎聯(lián)系瞻芯電子進(jìn)一步咨詢。

IVCC1102搭配氮化鎵(GaN)的圖騰柱PFC方案

近期珠海鎵未來科技公布了一款700W智能混合信號無橋圖騰柱 PFC+LLC量產(chǎn)電源解決方案，其PFC控制器也是采用瞻芯電子IVCC1102，搭配鎵未來兩款低動態(tài)內(nèi)阻Cascode氮化鎵器件(G1N65R150TA和G1N65R050TB)，實(shí)現(xiàn)PFC級99.1%的極致轉(zhuǎn)換效率，系統(tǒng)總體滿載效率高達(dá)96.72%， 符合80PLUS鈦金能效。據(jù)悉，鎵未來G1N65R150TA和G1N65R050TB已經(jīng)正式量產(chǎn)。

珠海鎵未來科技采用GaN器件無橋圖騰柱PFC方案，設(shè)計(jì)上去除了輸入整流橋固有的Vf損耗，解決了傳統(tǒng)FPC線路效率無法提升的問題。同時(shí)通過Cascode GaN的應(yīng)用，解決圖騰柱PFC MOSFET反向恢復(fù)電荷Qrr過高的只能采用CRM工作模式的問題。用具有極低等效Qrr的Cascode GaN器件，使得PFC可以工作在連續(xù)電流模式提高效率的同時(shí)也不犧牲功率密度，實(shí)現(xiàn)高達(dá)99.1%的轉(zhuǎn)換效率。

鎵未來700W GaN電源關(guān)鍵參數(shù)

鎵未來這套700W GaN電源方案功率密度可達(dá)14.7W/in3，適合工作在0-40℃溫度環(huán)境下，支持90-264V~50/60Hz全球?qū)挿秶妷狠斎?，可?0V-56V調(diào)壓輸出，最大恒流13A，最大輸出功率700W。滿載效率≥96.72%，輸出電壓紋波＜300mV。

鎵未來700W GaN電源整機(jī)能效對比市面上普通在售Si MOS產(chǎn)品，半載測試下提高了接近2%的轉(zhuǎn)換效率，在滿載情況下提高了接近1.3%的轉(zhuǎn)換效率。節(jié)能提升了38.72%，預(yù)計(jì)可以為每臺單電源設(shè)備年節(jié)省80-120度電。

溫升測試:

上圖為鎵未來700W GaN電源方案在無散熱片情況下，25℃環(huán)境溫度下 110V/60Hz裸機(jī)連續(xù)運(yùn)行1 小時(shí)的熱成像圖。可以看出，得益于GaNext優(yōu)異的GaN器件性能以及成熟的可靠性設(shè)計(jì)方案。700W GaN LED驅(qū)動電源裸板正面的最大實(shí)測溫度僅為88.8℃。

其它詳細(xì)測試數(shù)據(jù)歡迎聯(lián)系鎵未來科技進(jìn)一步咨詢。