1.6kW T型三电平PFC电源:高效、稳定的电力转换解决方案
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T型三电平PFC电源不仅仅可以作为电源来使用,也可以作为输入端的电源模块,提供稳定、高效的直流电源。通过PFC功能,它可以校正输入电流的功率因数,减少对电网的负载和谐波干扰。同时,T型三电平拓扑结构可以有效地减少逆变器输出的谐波失真,提高电能转换的效率和质量。因此,将T型三电平PFC电源用于逆变器中,可以提高逆变器的性能和可靠性,同时满足对电源质量和效率的要求。
方案简介
设计1.6kW T型三电平PFC电源时,需要考虑以下因素:
1. 电路拓扑结构:采用哪种电路拓扑结构,需要根据具体的应用场景进行选择。
2. MOSFET选型:需要根据电路的工作电压、电流、功率和能量损耗等参数,选择合适的MOSFET器件,以保证电路的稳定性和可靠性。
3. 电路设计:需要进行电路设计,包括T型三级PFC电路、交流电路的安全设计、续流二极管、电流检测器、电压检测器等组件的设计和选型。
4. 温度控制:由于MOSFET逆变器在高温环境下易受损,因此需要采取温度控制措施,如PWM控制器的温度补偿、电容滤波器的散热等。
5. 可靠性设计:MOSFET逆变器的可靠性非常重要,需要进行各种测试和验证,如过载测试、短路测试、温度测试等,以确保电路的稳定性和可靠性。
该参考设计提供了具有1.6kW功率的T型三电平PFC结构电源的设计指南、数据和其他内容。其采用650V(max)、30A(max)的功率MOSFET TK090N65Z、600V(max)、61.8A(max)的功率MOSFET TK090N65Z、650V(max)、6A(max)的SiC肖特基势垒二极管TRS6E65F,使其总效率高达97.3%。
实物图
简易框图
效益曲线图
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特点
1. 功率因数校正(PFC)电源
2. 内置抑制涌浪电路、保险电路
3. T型3级PFC电路的交流输入侧与2级图腾柱型PFC相同,由电感L,TRS6E65F,TK090N65Z,TK62N60W5搭建T型PFC结构实现三级电路。
4. 高功率密度:1.6kW的输出功率,适用于中高功率应用,能够满足大部分工业和商业场景的需求。
5. 总效率:97.3%(Vin=230V,100%负载条件下)。
6. 高效能:采用了三电平拓扑结构,能够有效提高功率转换效率,降低能耗,减少能源浪费。
7. 高可靠性:采用了先进的电源控制技术和保护机制,具有过流、过压、过温等多重保护功能,提供稳定可靠的电源输出。
8. 较低的谐波失真:T型三电平拓扑结构能够有效降低输入电流的谐波失真,满足国际标准对于谐波含量的要求。
9. 兼容性强:支持广泛的输入电压范围,适用于全球各地的电源标准,具有较好的兼容性。
10.紧凑设计:采用高效的功率电子器件和散热设计,使得电源体积小巧,适用于空间有限的应用场景。
适用领域
当涉及到具体的产品时,T型三电平PFC电源可以应用于以下几个领域和产品:
1. 工业控制系统:用于驱动各种工业设备和机械,如电动机、传送带、液压系统等。
2. 电力电子设备:包括逆变器、变频器、电网接入设备等,用于能源转换和电力传输。
3. 电力供应系统:用于提供稳定的电力供应,如UPS(不间断电源)系统、电力配电设备等。
4. 交通运输领域:包括电动汽车、轨道交通系统、充电桩等,用于提供高效能和可靠的电力供应。
5. 可再生能源领域:如太阳能发电、风能发电等,将可再生能源转换为可用电力。
6. 医疗设备:如医疗成像设备、手术室设备、生命支持系统等,提供稳定可靠的电力供应。
7. 通信设备:包括基站、通信服务器、网络设备等,提供稳定的电力供应和通信功能。
8. IT设备:如服务器、数据中心、网络设备等,用于提供高效能和可靠的电力供应
总之,T型三电平PFC电源广泛适用于工业控制、电力电子、电力供应、交通运输、可再生能源、医疗设备、通信设备和IT设备等多个领域,为各种应用场景提供稳定、高效的电力供应。
参数
主电路部件


T型3级PFC的配置
下图显示了T型3级PFC的基本电路示例。T型3级PFC电路的交流输入侧电路两级图腾柱类型PFC电路,由一个电感L、Diode1、Diode2、MOSFET1和 MOSFET2组成。但三级电路通过连接两个输出电容器串联和连接中点的中点MOSFET1,和MOSFET2输入侧的双向元器件由MOSFET3和MOSFET4组成。

T型三级PFC基本电路的示例
MOSFET使用
上图中所示的MOSFET1、MOSFET2必须具有能够处理直流输出电压Vaut的耐受电压。另一方面,形成双向开关的MOSFET3、MOSFET4必须具有能够处理C1或C2,i·e·1/2· Vout电压的耐受电压。
T型3级PFC 电路提高了功率因数。这是通过使用每个MOSFET的开/关状态从输入电压在A和B之间的三电平,然后通过使用PWM来造成与交流输入电流没有相位差的正弦输入电压。
下图显示了在正半正弦波和负半正弦波期间,三个电压水平的MOSFET开/关状态。

正半正弦波输入期间的三电平电压

负半正弦波输入时的三电平电压

各周期内的运行电压

PWM信号
关键器件
| 器件型号 | 器件目录 | 搭载部位.数量 | 说明 |
| TK090N65Z | 功率MOSFET(N沟道500V<VDSS≤700V) | 主开关·2 | N沟道MOSFET,650V,0.09Ω@10V,TO-247,DTMOSVI |
| TK62N60W5 | 功率MOSFET(N沟道500V<VDSS≤700V) | 中点开关·2 | N沟道MOSFET,600V,0.045Ω@10V,TO-247,DTMOSIV |
| TPHR9203PL | 功率MOSFET(N沟道单VDSS≤30V) | 主开关反向电流阻断·2 | N沟道MOSFET,30V,0.00092Q@10V.SOP,Advance,U-MOSIX-H |
| TRS6E65F | SiC肖特基势垒二极管 | 续流·4 | 650V/6A SiC肖特基势垒二极管,TO-220-2L |
服务与支持
· 整体解决方案:提供完整的逆变器方案以满足客户需求,并根据客户要求进行定制和优化。
· PCB :提供PCB板、PCB制造文件、钢网文件、印刷文件、Layout文件。确保布局合理、布线稳定。客户可根据自身需求进行二次开发和布局的调整。
· 功率型MOSFET和SiC肖特基势垒二极管选型:提供功率MOSFET、SiC肖特基势垒二极管的选型建议,并协助客户进行选型产品的参数和使用指南的获取。
· 相关设计参考文献:IC相关设计文档、电路拓扑、设计原理解析、主要元器件选型规则、产品行业相关规定。
· 套料:根据客户需求提供BOM套料,确保质量可靠器件。
器件简介
功率MOSFET TK090N65Z
特点
Vbss=650V (max),Ib=30A (max)
低漏源电阻:Ros(on)=0.075Ω(类型)
具有较低寄生电容的高速开关特性
增强模式:Vtn=3至4V(Vos=10V,Io=1.27mA)外观和端子布置
功率MOSFET TK62N60W5
特点
Vbss=600V(max),Ib=61.8A(Max值)
快速反向恢复时间:tr=170ns(类型)
低漏源电阻:Ros(on)=0.036Ω(类型)
通过使用超级结结构: DTMOS
易于控制的门开关
增强模式:Ve=3至4.5V(Vos=10V,Ip=3.1mA)
碳化硅肖特基势垒二极管TRS6E65F
特点
VRRM=650V(Max值),中F(DC)=6A(Max值)
高浪涌电流能力:Issm=55A(Max值)
低结电容:Cj=22pF(typ.)
低反向电流:IR=0.3μ(类型)外观和终端布置
功率MOSFET TPHR9203PL
特点
Vbss=30V(Max值),Ib=280A(Max值)
高速开关
小门电荷:Qsw=19nC(类型)
小输出充电:Qass=51nC(类型)
低漏源电阻:Roscon)=0.61 mΩ(类型)(Vas=10V)
低漏电流:Ioss=10μA(Max值)(Vbs=30V)
增强模式:Vm=1.1至2.1V(Vos=10V,Io=0.5mA)外观和端子布置
DESAT电路
DESAT检测电路能保护电源碳化硅开关元件免受负载短路电流的损坏。当MOSFET的VDS因负载短路等引起的过电流而上升时,如下图所示,DESAT电流不能流入MOSFET,电容器开始充电。当DESAT终端超过DESAT阈值电压时,判断有过大电流流过MOSFET,则MOSFET关闭。

DESAT电路示意图
TK62N60W5的DESAT保护检测电路

TK090N65Z DESAT检测电路

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