AC/DC 拓?fù)洌篠peedFit 示例

Wolfspeed SpeedFit 2.0 Design Simulator 是一款快速且實用的仿真工具，可快速比較不同的系統(tǒng)規(guī)格、拓?fù)洹⑵骷踔翢?a target="_blank">參數(shù)，幫助用戶針對應(yīng)用進行優(yōu)化設(shè)計。這款用戶友好型工具可用來估計系統(tǒng)損耗、熱性能和效率，還可以觀測重要的電壓和電流波形。關(guān)于 SpeedFit 功能的詳細(xì)論述參見此處。

SpeedFit 2.0 允許用戶模擬 AC/DC 應(yīng)用的六種不同的單相拓?fù)洌▓D 1）。這些拓?fù)錇橛性磫蜗嗌龎耗Ｊ诫娐?，用?a target="_blank">功率因數(shù)校正（PFC）應(yīng)用（圖 2）。PFC 的設(shè)計滿足了對低成本和高效率的需求。針對電源的 80 PLUS? 效率要求標(biāo)準(zhǔn)，以及針對電源諧波含量的 IEEE 519 等標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格。為了符合當(dāng)今的效率標(biāo)準(zhǔn)，電源需要具有高效的 PFC 級。SpeedFit 仿真軟件能夠評估在高頻率操作下運用 SiC 器件的設(shè)計，以及在低頻率工作下的可配置 Si 或 SiC 二極管，幫助用戶設(shè)計 PFC。

▲ 圖 1：SpeedFit -“Application”（應(yīng)用）選項卡

▲ 圖 2：SpeedFit -“Input”（輸入）選項卡

本文以 AC/DC 應(yīng)用為例，重點介紹怎樣利用 SpeedFit 來對不同拓?fù)溥M行比較，從而設(shè)計出效率更高的變換器。為便于說明，我們假設(shè)了一組系統(tǒng)規(guī)格，比較三種不同的拓樸。這些規(guī)格的選取基于 Wolfspeed 3.6 kW 圖騰柱轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計。下文針對所選規(guī)格，對這些拓?fù)涞男阅苓M行了介紹和比較。這些拓?fù)浞謩e為：傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器、圖騰柱轉(zhuǎn)換器 - LF 二極管、圖騰柱轉(zhuǎn)換器 - LF MOSFET。

▲ 表 1：3.6 kW 圖騰柱 PFC 參考設(shè)計的規(guī)格

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SpeedFit 參數(shù)

可以在 SpeedFit 的不同選項卡中輸入表 1 中的規(guī)格?？稍诖颂幉榭搓P(guān)于 SpeedFit 不同選項卡的更多信息?？梢允褂帽?2 中列出的信息指定與 3.6 kW 圖騰柱轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計一致的參數(shù)。

▲ 表 2：SpeedFit 參數(shù)及其值

熱參數(shù)與 3.6 kW 圖騰柱參考設(shè)計一致。界面熱阻 Rth,ch = Rth + Rth,PCB + Rth,TIM = (0.015 + 0.45 + 0.52) K/W = 0.985 K/W。

參考設(shè)計中給出的散熱器到環(huán)境熱阻為 3.4 K/W。但是，這適用于半橋臂的散熱器。由于有兩個半橋臂，因此有效的散熱器熱阻可以近似為 1.7 K/W。因此，Rth,ha = (3.4 / 2) K/W = 1.7 K/W。

在“Simulation”（仿真）選項卡（圖 3），提供了正向壓降 (Vf) 和導(dǎo)通電阻 (Ron) 參數(shù)，以便把整流二極管的損耗包括在效率計算中。用戶可以根據(jù)他們打算使用的整流二極管編輯這些值。這些二極管可以是 Si 二極管或 SiC 二極管。由于這些二極管將在低頻率波形下工作，因此它們的損耗主要是導(dǎo)通損耗。這些器件中的損耗顯示在“器件概覽”表中。

▲ 圖 3：SpeedFit -“Simulation”（仿真）選項卡

“Summary”（總結(jié)）選項卡顯示損耗和波形的系統(tǒng)概覽。具體而言，對于 AC/DC 拓?fù)?，還包括整流二極管損耗和 LF MOSFET。

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