The paper discusses three practical issues, which are important for high power boost-based PFC namely, cost effective Fast recovery rectifier, low recovery current Schottky diode and high efficient SiC diode. The performances of Boost diodes (CSD04060, FFPF05060 and MBR40250) have been evaluated in a typical 700 W boost PFC application. By using the snubber, the converter performance with fast recovery diode may be improved, but the cost and size may be increasing. Efficiency gains resulting from the use of SiC rectifier in PFC boost converter can be used to increase power output and reduce EMI and the high cost of SiC is decreasing in the electronic field.
Schottky rectifier can achieve the low reverse current using voltage clamping circuit, expect to have a good efficiency due to low output voltage using low $R_{DS(ON)}$ switch with dc/dc converter, but may not be a good solution with respect to efficiency.
전기기기의 발달로 High power, high density를 요구하는 제품의 수요가 늘고 있다. LCD TV, PDP TV경우 대화면, full HD화 되면서 크게는 3KW까지 요구되고 있으며, server 의 경우도 700W~3Kw가 일반화 되고 있어 이에 따른 전원 공급장치의 필요성이 대두되었다. 이러한 power supply는 high power의 경우 일반적으로 ac/dc converter와 dc/dc converter의 two stage configuration 으로 구성하여 고효율을 실현시킨다. 본 논문에서는 여기서 ac/dc converter 즉, PFC 를 다루기로 한다. PFC는 역률 보상뿐만 아니라 효율개선에도 큰 역할을 한다.
여기서 PF는 입력전류의 fundamental 성분의 distortion factor와 전류와 전압의 위상 차에 대한 distortion factor의 비율이다. PF는 이와 같이 harmonic distortion을 보상하며 그렇지 않을 경우 국제규격인 IEC 61000-3-2 class D에 의해 규제를 받는다. 일반적인 PFC의 동작에는 전류형태에 따라 Continuous conduction mode (CCM), Boundary conduction mode (BCM) 그리고 Discontinuous conduction mode (DCM) 3가지로 나뉜다. 여기서 CCM은 peak 전류가 낮아서 일반적으로 high power application에 적합하다. 반면 BCM, DCM의 경우 200W급등의 저 파워용에 주로 사용한다. 하지만 CCM은 diode의 reverse recovery current 에 의해 switch current에 높은 surge성 전류를 발생시킨다. 일반적인 power diode는 큰 reverse recovery time과 reverser recovery current로 인해 큰 storage capacitor를 가지게 된다. 이로 인해 MOSFET에서의 높은 power loss가 발생하게 된다.
본 논문에서는 이러한 reverse recovery current로 인한 power loss를 최소화 하는 방법에 대한 diode에 따른 특성 및 성능에 대해 연구한다.
이러한 power loss를 줄이기 위해서 fast recovery diode에 lossless snubber circuit을 구성하는 방법과 reverse recovery current가 낮은 device를 사용하는 방법이 있다. 최근 일부 model에 적용하고 있는 SiC의 경우 가장 우수한 특성을 가지게 된다. 한편 schottky diode의 경우는 내압이 250V 로 한정되어있으므로 추가로 voltage clamping circuit을 구성하게 된다. 이와 같이 본 논문에서는 3가지 diode에 관한 특성 및 성능을 비교 분석하였고 이를 700W prototype의 실험결과를 통하여 분석결과와 비교 검증하였다.
종합적으로 SiC diode의 경우 전 영역에서 가장 우수한 특성을 보이며, schottky diode 의 경우 low line 즉, high current 상태에서 보면 heavy load의 경우 switching loss가 줄어들어 좋은 효율을 보이며, light load의 경우 diode 직렬구조로 인한 개수 증가로 conduction loss가 커져 나쁜 효율을 보임을 알 수 있다. 하지만 여기서 schottky diode의 경우 2 stage 의 경우 dc/dc converter의 경우 switch 내압을 낮출 수 있고 그로 인한 기생저항의 감소로 추가 효율상승을 기대할 수 있다.
