【導讀】在寬帶隙半導體的輔助下
，圖騰柱功率因數校正技術日漸成熟
，與損耗很低的SiC FET搭配使用後，發揮了全部潛力。

博客

美國西北太平洋沿岸發現的圖騰柱有一係列用途，包括用作裝飾和紀念
，有些表示歡迎。我不知道在將TTL邏輯電路內以互補方式驅動的兩個晶體管堆疊命名為“圖騰柱”時，那個工程師在想什麼圖片圖片。

但是
，這個術語現在無疑很受功率界的歡迎，用它構成了“圖騰柱”功率因數校正級。圖騰柱功率因數校正級與圖騰柱這種偉大雕刻的關聯很微弱
，但是與TTL輸出級的相似度卻顯而易見

，它含兩組堆疊開關
，交替驅動，一個支路以交流線路頻率運行，另一個以高頻運行。

【圖1. 圖騰柱PFC電路】

這zhe種zhong電dian路lu布bu置zhi的de關guan鍵jian在zai於yu可ke以yi通tong過guo解jie析xi發fa現xian它ta與yu全quan橋qiao交jiao流liu整zheng流liu器qi後hou接jie功gong率lv因yin數shu校xiao正zheng升sheng壓ya電dian路lu等deng價jia，尤you其qi是shi由you於yu功gong率lv流liu路lu線xian上shang的de元yuan件jian較jiao少shao，損sun耗hao更geng低di。圖tu騰teng柱zhu電dian路lu中zhong隻zhi需xu要yao兩liang個ge線xian路lu交jiao流liu整zheng流liu器qi二er極ji管guan
，甚shen至zhi這zhe兩liang個ge二er極ji管guan也ye可ke以yi由you同tong步bu整zheng流liuMOSFET替代，實現更低的損耗。從比例上看

，在交流/直流轉換器的低壓線路中
，橋整流器可以占到接近2%的能效損耗，如果端到端電源的目標能效可以達到96%以滿足80+鈦金標準，則應該為消除2%而努力。

工作原理

在電路中
，對於交流線路的一個極而言
，一個開關（如Q1）用於導電，另一個（Q2）用於阻擋電流。這樣，功率會進入該極，流入Q3和Q4，它倆構成一個經典的PFC升壓轉換器，其中Q3作為開關
，Q4作為同步整流器運行

，以便利用標準主電源生成約400V直流電。在另一個交流線路極，Q2導電，Q1阻擋
，而相對的半正弦波極路由到升壓轉換器，但是現在Q4是開關
，Q3配置為同步整流器以生成同樣的高壓直流軌。由於以同步開關作為二極管，該電路的導電損耗隻能由半導體導通電阻、電感器電阻和連接電阻進行限製。舉例而言，由於開關技術的進步，MOSFET現在的RDS(on)值似乎使其成為了低功率到功率相對較高的電路的一種理想選擇。不過有一個問題，采用矽MOSFET，動態損耗可能很高
，以致於電路無法工作。主要問題是在作為同步升壓整流器運行時，由MOSFET體二極管恢複造成的功率損耗。在MOSFET溝道被有效驅動執行關閉和打開之間始終有“死區時間”，從而避免交叉導電
，在這期間，整個體二極管通過“換流”導電
，同時存儲不想要的電荷。這一效果僅在“連續導電”模(mo)式(shi)下(xia)發(fa)生(sheng)，在(zai)此(ci)模(mo)式(shi)下(xia)

，在(zai)每(mei)個(ge)開(kai)關(guan)循(xun)環(huan)中(zhong)，電(dian)感(gan)器(qi)電(dian)流(liu)任(ren)何(he)時(shi)候(hou)都(dou)不(bu)會(hui)低(di)至(zhi)零(ling)
，但(dan)是(shi)這(zhe)種(zhong)模(mo)式(shi)是(shi)較(jiao)高(gao)功(gong)率(lv)下(xia)的(de)優(you)選(xuan)模(mo)式(shi)，可(ke)將(jiang)開(kai)關(guan)和(he)電(dian)感(gan)器(qi)內(nei)的(de)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)流(liu)有(you)效(xiao)值(zhi)控(kong)製(zhi)在(zai)特(te)定(ding)範(fan)圍(wei)內(nei)
，以(yi)實(shi)現(xian)低(di)導(dao)電(dian)損(sun)耗(hao)。

寬帶隙開關支持實現可行的解決方案

因為上述原因，作為一種惱人的拓撲，圖騰柱PFC級從誕生起就黯淡無光
，直至半導體技術發展起來
，誕生了寬帶隙半導體。碳化矽MOSFET的體二極管反向恢複電荷比矽MOSFET低很多，而氮化镓HEMT單元則沒有該電荷，因此該拓撲的時代到來了。現在，我們可以切實討論在交流/直流前端實現99%以上的能效，但是實際實施仍有一些困難，因為SiC MOSFET和GaN都需要非常特定的柵極驅動條件才能實現效率的最後一位小數點和維持可靠性。

柵極驅動問題已經通過在設計中采用UnitedSiC製造的SiC FET得到解決，SiC FET是SiC JFET和矽MOSFET的共源共柵結構。現在
，柵極可以在“正常”的MOSFET或IGBT電平下驅動
，並距離絕對最大+/-值(zhi)有(you)很(hen)大(da)的(de)安(an)全(quan)裕(yu)度(du)，在(zai)驅(qu)動(dong)器(qi)件(jian)完(wan)全(quan)打(da)開(kai)時(shi)也(ye)有(you)穩(wen)定(ding)的(de)閾(yu)值(zhi)水(shui)平(ping)


，這(zhe)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)取(qu)決(jue)於(yu)時(shi)間(jian)和(he)溫(wen)度(du)。不(bu)過(guo)還(hai)有(you)別(bie)的(de)情(qing)況(kuang)
，在(zai)相(xiang)同(tong)電(dian)壓(ya)級(ji)和(he)相(xiang)同(tong)晶(jing)粒(li)麵(mian)積(ji)下(xia)，SiC FET的導通電阻比SiC MOSFET和GaN晶jing體ti管guan低di得de多duo，因yin此ci每mei個ge晶jing圓yuan製zhi造zao的de晶jing粒li數shu得de以yi提ti高gao
，而er反fan過guo來lai，在zai導dao通tong電dian阻zu相xiang同tong的de條tiao件jian下xia
，晶jing粒li麵mian積ji會hui變bian小xiao
，這zhe使shi得de器qi件jian電dian容rong較jiao低di
，開kai關guan損sun耗hao因yin而er也ye較jiao低di。最zui終zhong的de結jie果guo是shi整zheng體ti損sun耗hao較jiao低di，有you簡jian單dan的de柵zha極ji驅qu動dong，還hai可ke以yi確que信xin
，由you於yuGaN器件中缺少高能量雪崩額定值，可靠性不會受損。

圖騰柱一詞來自亞爾岡京語“odoodem”

，意思是“親屬群體”，對於巧妙的拓撲和接近理想的SiC FET開關的組合而言，的確不失為一個好名字。

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