Totem-Pole-PFC-Controller Die Brückenverluste im Design weiter verringern

Redakteur: Gerd Kucera

Valley- und Zero-Voltage-Switching können die Verluste im Betrieb einer Stromversorgung mit niedriger Last reduzieren. Onsemi gibt einen Entwicklungstipp für seinen nach eigenen Angaben branchenersten Totem-Pole-PFC-Controller. Der Baustein nutzt eine CrM-Architektur mit konstanter Einschaltdauer und Valley-Switching.

Firmen zum Thema

Der Totem-Pole-PFC-Controller soll Stromversorgungs-Designs für Telekommunikation, Industrie und andere Anwendungen verbessern und beschleunigen.
Der Totem-Pole-PFC-Controller soll Stromversorgungs-Designs für Telekommunikation, Industrie und andere Anwendungen verbessern und beschleunigen.
(Bild: onsemi)

ON Semiconductor (künftig onsemi) stellt mit dem CrM-Totem-Pole-PFC-Controller NCP1680 (CrM steht für Critical Conduction Mode) eine Lösung für die Offline-Stromversorgung mit hoher Leistungsdichte vor. In herkömmlichen PFC-Schaltungen verursachen die Gleichrichter-Brückendioden in einer 240-W-Stromversorgung etwa 4 W Verlust, konstatiert onsemi, was etwa 20% der Gesamtverluste ausmache. Im Gegensatz dazu bieten PFC-Stufen bis zu 97% Wirkungsgrad, und die LLC-Schaltung erziele eine ähnliche Leistungsfähigkeit. Ersetzt man jedoch die verlustbehafteten Dioden durch Schalter in einer Totem-Pole-Konfiguration und fügt die Boost-PFC-Funktion hinzu, lassen sich nach Angaben von onsemi die Brückenverluste verringern und der Gesamtwirkungsgrad deutlich verbessern. Zudem könne der Controller NCP1680 jeden Schaltertyp nutzen, unabhängig davon, ob es sich um Super-Junction-Silizium-MOSFETs oder Wide-Bandgap-Schalter in Siliziumkarbid oder Galliumnitrid-Bauelemente handele.

Der CrM-Totem-Pole-PFC-Controller NCP1680 basiert auf einer neuartigen Strombegrenzungsarchitektur und Netzphasenerkennung. Er enthält dazu bewährte Regelalgorithmen, um eine kostengünstige Totem-Pole-PFC-Lösung ohne Leistungseinbußen zu bieten. Die Basis dieses IC ist ein intern kompensierter digitaler Regelkreis. Der Baustein nutzt eine CrM-Architektur mit konstanter Einschaltdauer und Valley-Switching.

Ein Wirkungsgrad von nahezu 99%

Der hochintegrierte Baustein ermöglicht Stromversorgungs-Designs für die Bereiche Telekommunikation, 5G, Industrie und Hochleistungsrechner, die am Spannungsnetz mit 90 bis 265 VAC bei empfohlenen Leistungspegeln bis 350 W betrieben werden. Mit einem 230-VAC-Netzeingang könnten PFC-Schaltkreise auf Basis des NCP1680 einen Wirkungsgrad von nahezu 99% bei 300 W erzielen. Nur wenige einfache externe Bauelemente seien erforderlich, um eine vollwertige Totem-Pole-PFC zu realisieren. Die zyklische Strombegrenzung wird ohne Hall-Effekt-Sensor erzielt, sodass sich die Anzahl der Bauelemente weiter verringert.

Der NCP1680 hat ein SOIC-16-Gehäuse und ist auch als Bestandteil einer umfassenden Evaluierungsplattform erhältlich, um das schnelle Entwickeln und Debuggen von Totem-Pole-PFC-Designs zu unterstützen.

Je nach gewähltem Schalter für den schnellen Zweig des Totem-Pole kann der NCP1680-Controller entweder mit dem Halbbrücken-GaN-HEMT-Gate-Treiber NCP51820 oder dem isolierten SiC-MOSFET-Gate-Treiber NCP51561 verwendet werden.

Power-MOSFETS in Silizium und SiC

Der NCP51561 ist ein isolierter 2-Kanal-Gate-Treiber mit einem Spitzenstrom von 4,5 A (Quelle) und 9 A (Senke). Dieser neue Baustein eigne sich auch für das schnelle Schalten von Si-Leistungs- und SiC-basierten MOSFETs und bietet kurze und angepasste Laufzeitverzögerungen. Zwei unabhängige und galvanisch getrennte Gate-Treiberkanäle (5 kVeff nach UL1577) lassen sich als zwei Low-Side-, zwei High-Side-Schalter oder als Halbbrückentreiber mit einstellbarer Totzeit verwenden. Ein Enable-Pin schaltet beide Ausgänge gleichzeitig ab. Der NCP51561 bietet zudem weitere Schutzfunktionen wie eine unabhängige Abschaltung bei Unterspannung für beide Gate-Treiber und die Enable-Funktion.

Entwickelt wurde auch eine Reihe von SiC-MOSFETs, die im Vergleich zu Si-MOSFETs einen höheren Wirkungsgrad besitzen, hebt onsemi hervor. Der niedrige Durchlasswiderstand RDS(on) und die kompakte Chip-Größe sorgen für eine niedrige Kapazität und Gate-Ladung (Qg) und damit für höheren Wirkungsgrad bei reduzierter Systemgröße, was die Leistungsdichte verbessert. Angeboten werden die 650-V-SiC-MOSFETs beispielsweise in TO-247-4L- und D2PAK-7L-Gehäusen. Ergänzent hat onsemi eine Vielzahl von 650-V SUPERFET-III-MOSFETs auf Silizium-Basis.

ON Semiconductor ist nun onsemi

ON Semiconductor präsentiert sich ab sofort unter dem neuen Markennamen onsemi. Dies sei der nächste Schritt in der Entwicklung des Unternehmens, sich als führender Anbieter von intelligenten Stromversorgungs- und Sensortechnologien zu etablieren. Mit einem anhaltenden Fokus auf die Automobil- und Industriemärkte habe onsemi seine Strategie geschärft, um besondere Innovationen voranzutreiben, die ein nachhaltiges Ökosystem für Megatrends wie Elektrifizierung von Fahrzeugen, alternative Energien und Fabrikautomation ermöglichen und dazu beitragen.

(ID:47561176)