【導讀】效率和尺寸是電源設計的兩個主要考慮因素，而功率因數校正 (PFC)也在變得越來越重要。為了減少無功功率引起的電力線諧波含量和損耗

，盡可能降低電源運行時對交流電源基礎設施的影響，需要使用 PFC。但要設計出小尺寸、高效率電源（包括 PFC）仍極具挑戰性。本文介紹了如何通過修改傳統 PFC 拓撲結構來更好地實現這一目標。

使用整流器和升壓二極管的 PFC

電源的輸入級通常使用橋式整流器後接單相 PFC 級
，由四個整流器二極管和一個升壓二極管組成。

圖 1：橋式整流器後接單相 PFC 級

圖騰柱無橋拓撲結構

還有一種提高電源效率的方法，就是使用圖騰柱無橋拓撲結構來移除橋式整流器
，並用快速開關 MOSFET 代(dai)替(ti)升(sheng)壓(ya)二(er)極(ji)管(guan)。要(yao)理(li)解(jie)如(ru)何(he)做(zuo)到(dao)這(zhe)一(yi)點(dian)，最(zui)好(hao)先(xian)將(jiang)這(zhe)種(zhong)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)視(shi)為(wei)兩(liang)個(ge)獨(du)立(li)的(de)升(sheng)壓(ya)電(dian)路(lu)的(de)功(gong)能(neng)組(zu)合(he)，每(mei)個(ge)電(dian)路(lu)用(yong)於(yu)輸(shu)入(ru)正(zheng)弦(xian)波(bo)形(xing)的(de)一(yi)個(ge)半(ban)周(zhou)期(qi)。

電感、電容、MOSFET S1 和二極管 (S2) 在正半周期內用作正升壓電路。此外
，還包括一個旁路二極管，目的是防止電感在啟動時或在異常工作條件下飽和
；還有一個保護二極管 (SR1)，以防止在負半周期內工作。

圖 2：正升壓電路

在負半周期內
，電感
、電容、MOSFET S2 和二極管 (S1) 構成了標準升壓電路的反相版本，並在導通狀態路徑中額外配備了一個保護二極管 SR2。

圖 3：負升壓電路

在圖騰柱無橋 PFC 拓撲結構中，兩個二極管（SR1 和 SR2）可以用 MOSFET 代替，以實現更高的效率。這是因為這些二極管在圖騰柱工作期間導通，但切換頻率隻有 50/60 Hz。旁路二極管僅在啟動時導通，因此使用 MOSFET 代替它們沒有任何好處。

圖 4：采用二極管的圖騰柱無橋 PFC 電路

改進後的圖騰柱

改進後的圖騰柱無橋 PFC 拓撲結構將快速 SiC MOSFET和慢速超結 MOSFET 相結合。在正半周波期間

，SR1 在整個周期內導通，並為異步升壓電路提供接地路徑。S1 充當升壓開關，而 S2 在異步升壓中執行二極管功能。同樣，在負半周期內，SR2 提供接地路徑
，S2 作為升壓開關，S1 則用作異步升壓二極管。SR1 和 SR2 可以是低速超結 MOSFET（因為它們隻需要在低頻下開關）。為防止出現潛在的 EMI 問題
，需要通過額外電容來避免過快發生過零轉換。但是
，如果電容值太大，總諧波失真 (THD) 性能將會變差。對於高功率密度，S1 和 S2 可以是 SiC 器件。

圖 5：改進後具有 SiC 和超結 MOSFET 的圖騰柱無橋 PFC 電路

實現高功率密度的高效電源

安森美 (onsemi) 通過帶有EliteSiC 開關的高頻 PFC 前端、先進的圖騰柱無橋 PFC 控製器和運行頻率高達 150 kHz 的高頻 LLC 級
，在輸出級上使用高速同步整流設計出一個功率密度超過40 W/in3

、滿載效率為 98.4% 的單相交流輸入 3 kW PFC 電源。該創新方案的操作和性能在白皮書中進行了詳細說明。

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