空调用电流连续模式PFC电路：利用MOSFET和二极管提高效率的案例
上一篇文章中介绍了在led照明电路中提升效率并降低噪声的案例，本文将介绍在空调中的案例。近年来，随着表示全年能效比的apf（annual performance factor）在行业中引入实施，提高空调等家电的效率已成为重要课题之一。
空调用电流连续模式pfc电路：利用mosfet和二极管提高效率的案例
下面的电路是空调的电流连续模式（ccm）pfc电路示例。接下来是在该电路中，将原始设计中使用的frd（快速恢复二极管）变更为sic sbd（肖特基势垒二极管）“scs112am”和另外的frd“rfus20tf6s”后，此外，将开关晶体管由原始的igbt变更为hybrid mos“r6035gn”后，以及同时变更晶体管和二极管后，对效率进行比较的结果。
将原始设计中的frd变更为sic sbd
将原来使用的frd变更为sic sbd后的效率和损耗比较数据如下：
以上是一组实际测量数据。在效率方面，有0.1%～0.2%左右的提升；在损耗方面，当po＝2094w时有约4.2w的差异。
该差异的主要原因是相比原frd，所替换的sic sbd的trr（反向恢复时间）更短。在“电流连续模式pfc：利用二极管提高效率的例子”一文中已经介绍过，在电流连续模式pfc中，二极管的trr（反向恢复时间）特性在高速时效率更好。另外，关于sic-sbd和frd的反向恢复特性的区别，在“所谓sic-sbd－与si-pnd的反向恢复特性比较”中有详细说明，请参考。
将原始设计中的igbt变更为hybrid mos
接下来是开关晶体管的不同所带来的损耗比较数据。此时的二极管为sic sbd。
通过以上比较可以确认，将开关晶体管从igbt变更为hybrid mos“r6035gn”后，在输出功率1000w的条件下，损耗可以降低4w。
其原因有两个。一个是hybrid mos的开关速度快，因此开关损耗小；另一个是导通电阻小，传导损耗也小。
从该波形数据可以看出，hybrid mos的上升变化速度很快，在○圈出来的部分，损耗比igbt少。顺便提一下，该igbt是超高速型产品，但还是不及比较对象hybrid mosfet。
右侧的图表表示晶体管单体的ic（id）对应的导通电阻特性。在20a以上的范围，hybrid mosfet的导通电阻与igbt几乎相同；在20a以下的范围，导通电阻低于igbt，整体上有望实现更低的损耗。
绿线所表示的r6035gn是标准的超级结mosfet（sj mosfet），低电流时的导通电阻较低，但在高电流时导通电阻略高于igbt。这是标准的sj mosfet的特性。因这些特性差异，在大电流应用中一般选用igbt，然而igbt具有在低电流范围的损耗较大且效率较差的问题。
hybrid mos是sj mosfet的衍生产品，是具备sj mosfet的高速开关性能和低电流时的低导通电阻、以及与igbt相匹敌的大电流时的低导通电阻性能的mosfet。欲了解更详细信息，请参考“同时具备mosfet和igbt优势的hybrid mos”。
变更为hybrid mosfet＋sic sbd，效率更高
最后是二极管和开关晶体管这一组合的效率数据。
“原始”是指原设计中使用的igbt和frd的组合。“sj mos＋frd”是rohm生产的三款标准的sj mosfet和rohm生产的一款frd的组合。“hybrid mos＋frd”均为rohm生产的产品。使用绿色背景色的“hybrid mosfet＋sic sbd”也均为rohm生产的产品。
曲线图是根据表格中的数据绘制而成的，从结果看出，hybrid mosfet＋sic sbd的组合可以获得最高的效率。
关于pfc，在电流连续模式（ccm）和临界模式（bcm）中介绍过，降低损耗的方法略有不同。在改善效率时，需要考虑到这一点。
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以上是一组实际测量数据。在效率方面，有0.1%～0.2%左右的提升；在损耗方面，当po＝2094w时有约4.2w的差异。
该差异的主要原因是相比原frd，所替换的sic sbd的trr（反向恢复时间）更短。在“电流连续模式pfc：利用二极管提高效率的例子”一文中已经介绍过，在电流连续模式pfc中，二极管的trr（反向恢复时间）特性在高速时效率更好。另外，关于sic-sbd和frd的反向恢复特性的区别，在“所谓sic-sbd－与si-pnd的反向恢复特性比较”中有详细说明，请参考。
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接下来是开关晶体管的不同所带来的损耗比较数据。此时的二极管为sic sbd。
通过以上比较可以确认，将开关晶体管从igbt变更为hybrid mos“r6035gn”后，在输出功率1000w的条件下，损耗可以降低4w。
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从该波形数据可以看出，hybrid mos的上升变化速度很快，在○圈出来的部分，损耗比igbt少。顺便提一下，该igbt是超高速型产品，但还是不及比较对象hybrid mosfet。
右侧的图表表示晶体管单体的ic（id）对应的导通电阻特性。在20a以上的范围，hybrid mosfet的导通电阻与igbt几乎相同；在20a以下的范围，导通电阻低于igbt，整体上有望实现更低的损耗。
绿线所表示的r6035gn是标准的超级结mosfet（sj mosfet），低电流时的导通电阻较低，但在高电流时导通电阻略高于igbt。这是标准的sj mosfet的特性。因这些特性差异，在大电流应用中一般选用igbt，然而igbt具有在低电流范围的损耗较大且效率较差的问题。
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变更为hybrid mosfet＋sic sbd，效率更高
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曲线图是根据表格中的数据绘制而成的，从结果看出，hybrid mosfet＋sic sbd的组合可以获得最高的效率。
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