CN205725447U - 基于gan的交错图腾柱式无桥pfc电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及基于GAN的交错图腾柱式无桥PFC电路，包括EMI抑制单元、第一PFC电感L1、第二PFC电感L2、第一MOSFET开关器件Q1、第二MOSFET开关器件Q2、第三MOSFET开关器件Q3、第四MOSFET开关器件Q4、第一MOS管Q5、第二MOS管Q6、输出电容C1和DSP控制芯片。由于MOSFET开关器件使用GAN及使用交错无桥架构，使整个电路无论效率，功率密度，以及输出纹波都得到了明显的改善。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及基于GAN的交错图腾柱式无桥PFC电路。
背景技术
随着能源危机和全球环境的持续恶化，节能减排和保护环境成为经济和社会可持续发展的一件大事。在此大环境下，对于各类电子类产品，许多国家及组织推出各类节能减排环保标准规范要求，对于电源转换器，也是不断的朝着高效率，小型化(高功率不密度)，低成本方向不断发展。
如图1，传统有源PFC中，交流输入经过整流桥中的两个二极管，开关MOS管续流时经过续流二极管和整流桥中的两个二极管，在大功率场合，由于二极管的导通压降，导致在整流过程中存在较高的功率损耗，而且续流二极管也有较高的导通损耗和反向恢复损耗，且由于开关MOS的开关特性及效率考量，无法在频率提升方面做出大的突破，因此也限制了电源小型化的发展。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于提供一种使PFC电路从效率、功率密度和输出波纹都有明显改善的基于GAN的交错图腾柱式无桥PFC电路。
实现本实用新型目的的技术方案是：基于GAN的交错图腾柱式无桥PFC电路，包括EMI抑制单元、第一PFC电感L1、第二PFC电感L2、第一MOSFET开关器件Q1、第二MOSFET开关器件Q2、第三MOSFET开关器件Q3、第四MOSFET开关器件Q4、第一MOS管Q5、第二MOS管Q6、输出电容C1和DSP控制芯片，所述的EMI抑制单元和交流输入电源连接，第一PFC电感L1的一端及第二PFC电感L2的一端均与EMI抑制单元的输出端相连接，第一PFC电感L1的另一端与第一MOSFET开关器件Q1的源极相连接，第一MOSFET开关器件Q1的漏极与第三MOSFET开关器件Q3的漏极相连接，第二MOSFET开关器件Q2的漏极和第一MOSFET开关器件Q1的源极相连接，第三MOSFET开关器件Q3的源极和第二PFC电感L2的另一端相连接，第四MOSFET开关器件Q4的漏极和第三MOSFET开关器件Q3的源极相连接，第一MOS管Q5的漏极连接三MOSFET开关器件Q3的漏极，第一MOS管 Q5的源极连接第二MOS管Q6的漏极，第一MOS管Q5的漏极连接输出电容C1的正极，第二MOS管Q6的源极连接输出电容C1的负极；DSP控制芯片分别与第一MOSFET开关器件Q1的栅极、第二MOSFET开关器件Q2的栅极、第三MOSFET开关器件Q3的栅极、第四MOSFET开关器件Q4的栅极、第一MOS管Q5的栅极、第二MOS管Q6的栅极相连接。
作为本实用新型的优化方案，第一MOSFET开关器件Q1、第二MOSFET开关器件Q2、第三MOSFET开关器件Q3和第四MOSFET开关器件Q4均为GAN的MOSFET开关器件。
本实用新型具有积极的效果：1)高效率的实现：传统有源PFC中，一个周期内，交流输入经过的整流桥中的两个二极管，开关MOS管，续流时经过续流二极管，整流桥中的两个二极管。而本实用新型在一个周期二个回路中分别只有两个MOSFET开关器件参与其中，所以就导通损耗而言，本实用新型要大大优于传统的PFC。
2)本实用新型中GAN的运用，因具有极低的导通阻抗，极低的寄生电容和零反向回复的非共缘共栅特性，导通损耗以及开关损耗都会有所降低，对于效率优化也起了很大的作用。
3)传统的PFC结构中，续流二极管的返向恢复损耗也是较大的，本实用新型中，由于无桥结构中GAN极低的反向恢复特性，改善也极为明显。
4)高功率密度的实现：由于本实用新型中GAN的运用，与传统硅基功率器件相比，基于GAN的功率器件具有导通电阻低和能够进行高频操作等特性。所以使电源电路工作于更高的开关频率，使得电源产品可实现整体尺寸缩小和效率的提高。
5)低输出输入纹波的实现：本实用新型输入输出电流纹波减小，电流频率提高了一倍，从而有效降低了输入输出电流纹波及高频谐波含量，可以减小了前级EMI滤波器的尺寸。交错结构，可以使得使流经开关GAN的电流减小，开关的通态损耗降低，进而提高了整个电路的功率等级。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明：
图1为传统PFC的电路示意图；
图2为本实用新型的电路示意图；
图3为本实用新型的控制逻辑图。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型公开了基于GAN的交错图腾柱式无桥PFC电路，包括EMI抑制单元、第一PFC电感L1、第二PFC电感L2、第一MOSFET开关器件Q1、第二MOSFET开关器件Q2、第三MOSFET开关器件Q3、第四MOSFET开关器件Q4、第一MOS管Q5、第二MOS管Q6、输出电容C1和DSP控制芯片，所述的EMI抑制单元和交流输入电源连接，第一PFC电感L1的一端和第二PFC电感L2的一端均与EMI抑制单元的输出端相连接，第一PFC电感L1的另一端与第一MOSFET开关器件Q1的源极相连接，第一MOSFET开关器件Q1的漏极与第三MOSFET开关器件Q3的漏极相连接，第二MOSFET开关器件Q2的漏极和第一MOSFET开关器件Q1的源极相连接，第三MOSFET开关器件Q3的源极和第二PFC电感L2的另一端相连接，第四MOSFET开关器件Q4的漏极和第三MOSFET开关器件Q3的源极相连接，第一MOS管Q5的漏极连接三MOSFET开关器件Q3的漏极，第一MOS管Q5的源极连接第二MOS管Q6的漏极，第一MOS管Q5的漏极连接输出电容C1的正极，第二MOS管Q6的源极连接输出电容C1的负极；DSP控制芯片分别与第一MOSFET开关器件Q1的栅极、第二MOSFET开关器件Q2的栅极、第三MOSFET开关器件Q3的栅极、第四MOSFET开关器件Q4的栅极、第一MOS管Q5的栅极、第二MOS管Q6的栅极相连接。
如图2和图3所示，第一MOSFET开关器件Q1与第三MOSFET开关器件Q3，第二MOSFET开关器件Q2与第四MOSFET开关器件Q4的导通存在着1/2的相位差，整个电路的输入输出电流纹波减少，电流频率提高了一倍，从而有效降低了输入输出电流纹波及高频谐波含量，可以减少EMI抑制单元的尺寸。同时设计成交错结构，可以使得电流整体减小，开关的通态损耗降低，提高了整个电路的功率等级。
图2中的AC Voltage Sense为DSP控制芯片的交流电压检测端，检测时，采样交流输入正半周期时交流输入L线对控制地的电压信号，然后获取交流输入N线对控制地的电压信号，两路电压信号通过电压放大器和同比例放大器后进入DSP控制芯片进行处理，DSP控制芯片还原交流输入时电压正、负半周信号。图2中的Current Sense为DSP控制芯片的电流检测端，检测时，通过电流互感器CT进行检测，然后通过电压跟随器，还原电流信号，送入DSP控制芯片。图2中的Vout Sense为输出电压检测，检测时，直接进行电阻分压、滤波后送入DSP控制芯片。
第一MOSFET开关器件Q1、第二MOSFET开关器件Q2、第三MOSFET开关器件Q3和第四MOSFET开关器件Q4均为GAN的MOSFET开关器件。由于第一MOSFET开关器件Q1、第二MOSFET开关器件Q2、第三MOSFET开关器件Q3和第四MOSFET开关器件Q4均使用了GAN(氮化镓)，因此具有极低的导通阻抗，极低的寄生电容和零反向恢复的非共源共栅特性，导通损耗及开关损耗都有所降低，大大的优化了效率。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.基于GAN的交错图腾柱式无桥PFC电路，其特征在于：包括EMI抑制单元、第一PFC电感L1、第二PFC电感L2、第一MOSFET开关器件Q1、第二MOSFET开关器件Q2、第三MOSFET开关器件Q3、第四MOSFET开关器件Q4、第一MOS管Q5、第二MOS管Q6、输出电容C1和DSP控制芯片，所述的EMI抑制单元和交流输入电源连接，第一PFC电感L1的一端及第二PFC电感L2的一端均与EMI抑制单元的输出端相连接，第一PFC电感L1的另一端与第一MOSFET开关器件Q1的源极相连接，第一MOSFET开关器件Q1的漏极与第三MOSFET开关器件Q3的漏极相连接，第二MOSFET开关器件Q2的漏极和第一MOSFET开关器件Q1的源极相连接，第三MOSFET开关器件Q3的源极和第二PFC电感L2的另一端相连接，第四MOSFET开关器件Q4的漏极和第三MOSFET开关器件Q3的源极相连接，第一MOS管Q5的漏极连接三MOSFET开关器件Q3的漏极，第一MOS管Q5的源极连接第二MOS管Q6的漏极，第一MOS管Q5的漏极连接输出电容C1的正极，第二MOS管Q6的源极连接输出电容C1的负极；DSP控制芯片分别与第一MOSFET开关器件Q1的栅极、第二MOSFET开关器件Q2的栅极、第三MOSFET开关器件Q3的栅极、第四MOSFET开关器件Q4的栅极、第一MOS管Q5的栅极、第二MOS管Q6的栅极相连接。
2.根据权利要求1所述的基于GAN的交错图腾柱式无桥PFC电路，其特征在于：所述的第一MOSFET开关器件Q1、第二MOSFET开关器件Q2、第三MOSFET开关器件Q3和第四MOSFET开关器件Q4均为GAN的MOSFET开关器件。
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