基于SiC肖特基二极管的PFC电路仿真研究

摘要

碳化硅（SiC）因其禁带宽度大，击穿电场高，热导率大，电子饱和漂移速度高等优异特性成为继硅、锗、砷化镓之后的新一代半导体材料。SiC材料制成的二极管具有高工作温度、高耐压、正温度系数，反向特性好等的特点，因此成为现今研究的热点。 功率因数校正器（Power Factor Correction，简称PFC）电路对配电网的质量也具有不可或缺的意义。在硬开关连续导电模式Boost变换中，升压二极管的反向恢复会引起较大的反向恢复损耗和过高的di/dt，产生严重的电磁干扰。因此，在提高功率因数的同时，提高开关管的热稳定性，降低电磁干扰、电压应力及电流应力尤为重要。 碳化硅二极管反向电流较小及反向恢复时间接近零等方面的优势，对于PFC电路的研究具有深远的意义。本文介绍了SiC肖特基二极管的特性，PFC电路的拓扑结构，并基于SiC肖特基二极管对PFC电路进行仿真。针对市场上应用较多的UC3854控制的PFC电路都是基于Si的，本文主要仿真基于碳化硅的功率因数控制电路，比较硅二极管与碳化硅肖特基二极管对于电路功率因数的影响，仿真所得到的基于SiC肖特基二极管的功率因数控制电路的在功率因数，降低开关管功耗等方面确实得到了提高。这对于以后更深入的研究奠定了扎实的基础。

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文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1概述

1.1.1 SiC材料简介

1.1.2肖特基二极管发展现状

1.1.3 PFC简介

1.2本文的主要工作

第二章 SiC肖特基二极管的特性研究

2.1肖特基势垒的形成

2.2 SiC肖特基二极管正向伏安特性

2.3 SiC肖特基二极管反向伏安特性

2.4各种因素对伏安特性的影响

2.4.1温度对伏安特性的影响

2.4.2势垒高度对伏安特性的影响

2.4.3其它因素对伏安特性的影响

2.5 SiC器件的发展动态

2.6使用PSpice提取SiC肖特基二极管参数

2.6.1 PSpice中CREE的SiC肖特基二极管

2.6.2芯片手册与PSpice模型曲线比较

第三章 PFC的研究

3.1功率因数的起因

3.1.1功率因数的意义

3.2功率因数的定义

3.2.1功率因数的定义

3.2.2 PF与总谐波失真系数(THD：The Total Harmonic Distortion)的关系

3.2.3功率因数校正原理

3.3功率因数校正

3.3.1功率因数校正的基本原理

3.3.2 PFC技术分类

3.3.3功率因数校正电路的拓扑结构

3.4功率因数校正技术的发展动态

3.4.1 APFC单相硬开关有源校正主电路

3.4.2单相软开关有源校正主电路

3.4.3三相有源校正主电路

3.5 CRM、CCM和DCM

3.5.1 CRM-PFC

3.5.2 DCM-PFC

3.5.3 CCM-PFC

3.6 PFC的控制策略

第四章 SiC肖特基二极管在PFC中的应用

4.1 SiC肖特基二极管特性分析

4.2电路器件损耗分析

4.2.1连续电流模式的Boost变换器

4.2.2二极管反向恢复特性分析

4.2.3器件的开关损耗

4.2.4 SiC肖特基二极管工作特性

第五章 PFC电路的PSPICE仿真

5.1 UC3854

5.1.1乘法器控制PFC原理

5.1.2 UC3854原理

5.1.3 UC3854芯片

5.2 PSpice仿真

5.2.1被动PFC电路仿真

5.2.2 CCM PFC电路仿真

5.2.3 SiC肖特基二极管与Si二极管比较

5.3 小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献