МОДЕЛЮВАННЯ МЕРЕЖЕВОГО КОРЕКТОРА КОЕФІЦІЄНТА ПОТУЖНОСТІ (PFC) З ВИКОРИСТАННЯМ НАПІВПРОВІДНИКІВ З ШИРОКОЮ ЗАБОРОНЕНОЮ ЗОНОЮ
A SIMULATION ANALYSIS OF WIDE BANDGAP SEMICONDUCTOR – BASED POWER FACTOR CORRECTOR (PFC).
Сторінки: 30-35 . Номер: №5,т.2 2023 (327) 
Автори:
БУРКОВСЬКИЙ Я. Ю.
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
ORCID ID: 0000-0003-0633-1911
e-mail: yaroslav0590@gmail.com
ЗІНЬКОВСЬКИЙ Ю. Ф.
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
ORCID ID: 0000-0003-4234-3549
e-mail: yuzin@ukr.net
YAROSLAV BURKOVSKIY, YURIY ZINKOVSKIY
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2023-327-5-30-35
Анотація мовою оригіналу
В роботі наведено результати дослідження та комп’ютерного моделювання мережевого коректора коефіцієнта потужності (PFC, Power Factor Corrector), де в якості основного ключа та випрямляючого діода були використані елементи, які виконані на основі напівпровідників з широкою забороненою зоною — карбіду кремнію (SiC) та нітриду галію (GaN). Дане технічне рішення дозволило значно зменшити статичні та динамічні втрати в силових елементах підвищити робочу частоту коректора, зменшити масо-габаритні показники та загальне тепловиділення. В ході роботи було проаналізовані останні дослідження в області створення мережевих коректорів коефіцієнта потужності.
В процесі дослідження була запропонована нова методика моделювання PFC на основі напівпровідників з широкою забороненою зоною у середовищі схемотехнічного SPICE-симулятора LTSpice XVII, були отримані графіки струмів та напруг, а також результати основних втрат та робочих температур в силових елементах коректора. Крім того, було отримано спектр вхідного струму коректора а також проаналізовано його відповідність стандарту IEEE 519-2022. По результатам комп’ютерного моделювання було створено фізичний прототип, який потребує проведення додаткових досліджень.
Ключові слова: коректор коефіцієнту потужності, PFC, нітрид галію, GaN карбід кремнію, SiC, SPICE, LTSpice XVII.
Розширена анотація англійською мовою
This paper details the progressive findings from comprehensive research and computer-based simulations centered on enhancing grid power factor correctors (PFCs). The study particularly focuses on the integration of semiconductors constructed from a wide band-gap materials, namely silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN). The utilization of these sophisticated materials is a game-changer in the performance of modern power converters. They play a significant role in substantially reducing the static and dynamic energy losses.
Additionally, these improvements lead to an increase in the frequency at which the corrector operates. This enhancement is not just about efficiency; it also contributes to the practical aspects of the device. There is a noteworthy reduction in the PFC’s size and weight, making the units more compact and manageable. One of the standout benefits is the decreased heat generation, which is crucial in maintaining the longevity and reliability of the device.
A comprehensive review and analysis of modern studies focusing on power factor correction technology were undertaken, forming the foundation for the research. Subsequently, a novel simulation methodology for PFCs was introduced, executed within the LTSpice XVII schematic SPICE simulator environment. The simulation yielded data visualized through current and voltage graphs and component temperatures, highlighting main power losses within the PFC’s components. Furthermore, the research produced the input current spectrum of the corrector, verifying its adherence to the stringent IEEE 519-2022 global standard.
One of the key outcomes of these computer-based simulations was the creation of a physical prototype. This real-world model serves as a bridge between theoretical strategies and practical solutions, providing a basis for additional experimentation.
Keywords: Power Factor Corrector (PFC), Gallium Nitride (GaN), Silicon Carbide (SiC), SPICE simulation, LTSpice XVII, Wide Band-gap Semiconductors.
