R課堂 | PFC電路：死區時間理想值的考量

關鍵要點

?橋式電路中的死區時間設置與損耗和安全性有關，因此需要充分確認。

?死區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的死區時間理想值，即不直通的最短時間。死區時間可以通過仿真工具的PWM控制器參數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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死區時間內的損耗

圖2表示死區時間內的電流流動情況。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時間長度，但如果將死區時間設置得過長，會導致損耗增加。這是因為在死區時間內，SiC MOSFET處于OFF狀態，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：死區時間內的電流流動情況

死區時間和功率因數

圖3表示死區時間長度與電感電流IL之間的關系。如果死區時間過長，低電壓區域可能會變為斷續工作狀態，電感電流波形可能會失真，功率因數可能會惡化。因此，從功率因數的角度來看，將死區時間設置得過長并非好事。

圖3：死區時間長度與電感電流IL的關系

探討理想的死區時間

圖4表示使死區時間變化時SiC MOSFET的損耗仿真結果。

圖4：表示使死區時間變化時SiC MOSFET的損耗仿真結果

從圖中可以看出，當死區時間在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，因此在這種條件下損耗也會增加。SiC MOSFET的損耗最小時，正是死區時間最短（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是理想的死區時間。

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