ブリッジレストーテムポールに よるしいへの
TND6361JP/D
Rev. 1, July − 2022
ブリッジレストーテムポールに よるしいへの
ほぼすべてのAC−DCにられるブリッジ でのは、なを
するうえでのとなっています。しかし、のダイオードブリッジ、PFC FET、
ダイオードをなくし、ブリッジレストーテムポールPFCを すると、アクティブス イッチの$%によってが&'します。この(しいトポロジの*+はよりで、,く の-.にマイクロコントローラとコードが3となるため、4が*されたチ ームにとって5%するの6となります。78ではトーテムポールPFCをコードレスで 9:する、オンセミのミックスドシグナル
PFC
コントローラ「NCP1680
」について?し ま す。@AのBエネルギーの,くは、E%でFGするほとんどのHにIされている
AC−DCにJされており、そのは%コストにKきなLをMえるだけでなく、
NOにもKきくMしています。
とは、PなにQするOのRをSすRTUなVWですが、
はとのXYがずれるとZ[するにKきくLされる\が
あります。との]が^Yであり、これを%いて_のをすると、`aのがKbにcdする-.があります。efしたgと \は、ユーティリテ ィネットワークを!じて"jkする\があります。
しかし、#l(PFC)m$を$%すれば、このnoにQpできます。このコンセプトは :sでは%*tとなっているほど&なものです。m$Tな'uからは、をvwす るために、
IEC
561000−3−2
5のような5EMC
5%xは、とのの(yを*)して います。m$Tな'uからは、IEC561000−3−25などの5EMC5%xは、zんだの*{と して|sする(yのを*)します。また、はは}にピークで+えられていたため、にシステムがcレベルで FGする-.には、\のcさが,れていました。これにQpするために、
80PLUS -.プ
ログラムなどの(しいa/では、`01の20％、50％、100％で80％のが3です。80PLUS%xのもしいバージョンは、｢80PLUS Titanium%x｣であり、10％の01で
なくとも90 ％の、`01で 94 ％のを%しています。
｢ 80PLUS Titanium #｣の$%への&
も5Tには、PFCはコンバータを$%して、 された}から}の ピークよりもいDCレベルをきOします。このDCレベル(!、90−264 VAC%に
されたにQし 395 V)
は、67DC−DC
ステージを$%して( され、PSU
に3なDCOをfします。これの8&なG%は、がyにい、
( なくとも9'は)が1になることです。
':のアプローチは{Tであり、
PFC
は、;、;、または <A!
モード(CCM、DCM、CrM)でFGするようにできますが、これらは}にインダクタのエ
ネルギーが、サイクルで`に$い{たされるかどうかによって=されます。!、DC−DC
ステージで2 ％の、そしてライン と PFC
ステージで1 ％のがあります
が､これはcラインでのFG4には2％にかなり?くなります。cラインで4％?くのが ある-.、サーバで5Tに$%されるである230VAC、50％01でK96％の をするもしい80PLUS Titanium %xレベルをたすにはKきながあります。
Figure 1. Typical PFC Circuits: Conventional boost (left) and Bridgeless Totem Pole (right)
これにQpするために、ブリッジレス｢トーテムポールPFC｣(TPPFC)としてられる、よ りTながを@めています。この ¡では、¢のブリッジ ダイオー ドをアクティブスイッチにきえて、のPFCにおけるトランジスタと ダイオードの£¤を¥います。この(しいトポロジでは、トーテムポールAレグの
Q1とQ2が、の¦\に§じて£¤を¢しています。この¨では、ライン ダイオ
ードを1Bだけ$%します。これらは©にSすように、ダイオードではなくª«(Q3
、Q4)
の-.も,く、さらにが&'します。¬のスイッチと`なインダクタを$%し､ダイオードのCdがない-.､
TPPFCDのは100%?くになります。しかし、:9@Aでは、MOSFETに!
やスイッチングがefします。!を®えるために、Ecオン¯°のデバイスが
$%できますが(²³でも)、*{として!は´yスイッチングがZ[します。ほぼ すべてのにFえることですが、々なトレードオフの¶が|sします。
スイッチング/FTの,くは、ª« としてFGするMOSFETの"·にG
¸します。これらのは、スイッチングの｢デッド｣タイムにボディダイオードが!す るとき、および´«ごとにfじるスイッチOºの»¼によってefし、´y½にR
¾してZ[します。そのため、シリコンMOSFETは｢スーパージャンクション｣タイプでさ え、CCMでFGするときにブリッジレストーテムポールPFCで$%するのにはHしていま せん。したがって、:sではこのトポロジにQするスイッチm$として、ÁÂケイI
(SiC)
やÄÂガリウム(GaN)などのワイドバンドギャップ(WBG)デバイスがÆに$%されていま す。
CCMは、スイッチおよびインダクタのピークをcくしてRMSをcÇすると、
!とインダクタのコアをcく®えることができるので、にHしたアプロ ーチです。しかし、CCMは｢ハード｣スイッチングモードなので、"·とOºのL でRTいFTがefします。
DCMはcFG4、ダイオードがほぼゼロなので、·する1が¬Jでき
るほど なく、ターンオンがÊさくなります。しかし、ピークと9がKb にZ[してオーミックとコアがKきくなる\があるため、DCMはFG にはHしていません。CrM − バランスの)れたアプローチ
CCM
もDCM
もËTなソリューションではないため、,くのKは、K½Îワット(インタリーブ ではそれÏ')にHした<A!モード(CrM)を$%しています。CrMは または01のÂに§じて、DCMとCCMのÐAでFGするようにスイッチン
グ´y½をLします。これにはターンオンが ないというÑuがあり、ピーク はÒÓの2Ôに*)されるため、コアと!はMºNÕにÖまります。Figure 2. PFC Boost Inductor Current Waveform, Critical Conduction Mode
CrMはハードスイッチングトポロジであり、ダイオードのO &·により、O
のオーバシュートだけでなく、がefすることもあります。また、P014にはCrM は にい´y½でFGするため、スイッチングがZ[してがcdします。こ の¶はסのとおり=されます。f SW (t) + V in,rms 2
2 @ L @ P in,avg @ ǒ 1 * u V in out (t) Ǔ (eq. 1)
この¡から、スイッチング´y½とはUな"Yの¶とØÙされるため、0
1が20％から100％にÂ(5ÔÂ)すると、がの-.、´y½もªに5ÔÂす
るはずです。9には、´y½がくなるとがcdするため、この2つのIはYÚにLします。´y½との¶はよりで、NÕでは´y½が2:1Ï'
Fし、Ûでピークにします。
01234を6して 89:に
P014にはによってが10％cdすることもあり、80PLUSなどの(のÜ
ÝにH.することは にÞQです。しかし、Kが´y½クランプまたは｢フォールド バック｣ をBみRんでいる-.、Dはà*TにDCMFGにáSしP01がvwさ れます。5に、シリコンMOSFETはACラインのª« に$%され、ワイドバンドギャップ
(WBG)スイッチはトーテムポールの´y｢レグ｣にBみRまれます。このソリューション
はâãHしますが、4
äのアクティブデバイスをTFし、PFC
インダクタのゼロをå OしてOを( する3があるため、*+がÞQな-.がありますこれに[えて、UおよびOUなどのDæVが3です。5Tな は、
なアルゴリズムを9Wし、それをスイッチやDセンサとのインタフェースを!じて
9Sできるマイクロコントローラ(MCU)をÑ%することです。しかし、これはcコストのソ リューションというわけではなく、コーディングが3なため、XのKにとっ てはÞQでのかかるGéになる\があります。トーテムポール PFC の;&ソリューション
オンセミは、éAêのCrM TTPFCë%ミックスドシグナルコントローラ「NCP1680」に よる、コーディングフリーのY.ソリューションをìJしています。このデバイスは
SOIC
−16パッケージにÖZされ、í(なcでシンプルな¯°センシング と、9.î
みPFC*+アルゴリズムを[し、cリスクで\かつコストのいソリューショ ンをìJします。「NCP1680
」は、オンタイムCrM
とP014の´y½フォールドバッ クÛの｢バレースイッチング｣をïとし、Êでスイッチングすることでを&' させています。デジタル*+ループはXで#ðされており、システムが\IÂ されるとª4に、01の`NÕにわたって\がHÂされます。サイクルUXでの*)によってæVするため、ñなホール{センサは3ありません。Figure 3に、](
Tな 「NCP1680」を$%した\IÂされたTTPFCステージをSします。
Figure 3. Simplified Typical TPPFC Application Diagram using NCP1680
をさらに\IÂするために、オンセミは、GaN HEMTを$%したAレグのスイッ
チとcAレグのACラインª« を9SするSi−MOSFETを9Wした「NCP1680」%^ñ ボードを_eしました。Figure 4. onsemi NCP1680 Evaluation Board
この^ñボードは、ユニバーサル(90−265 VACライン)から395 VDCのPFCO でK300 WのをJし、`014のはピークで99％、ラインNÕ`aで98％
をし、01はわずか
20 ％です (Figure 5)
。Figure 5. Efficiency Plots of the onsemi NCP1680 Evaluation Board
オンセミは、WBGôaとコストのいミックスドシグナルCrMコントローラを
õöツールとともにìJしており、 TPPFC
¡は80PLUS Titanium
%xやそのøの ùÐにÜづくúHや¬01にするtにH.しながら、½Îワットまでの#lにHしたソリューションとなります。
すべてのアプリケーションでよりいがめられており、CrMベースのアクティブ
PFCは、ユーザにメリット(%コストのýÇなど)をもたらします。WBGôa、\
PFCコントローラ、サポートツールなど、オンセミのテクノロジにより、を`
するGéがKbに\IÂされ、これらのソリューションをaAに市-に投できる ようになります。
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