(來源：UnitedSiC(現為 Qorvo))

從歷史上看，存在從 AC 到 DC 和 DC 到 DC 的首選電源轉換方法。這些都是由隨著時間演變的各種限制條件設定的。例如，有一天，“功率因數校正”僅在交流配電中實施，交流/直流電源的 PF 可以達到 0.6 甚至更低。法定限制于 1982 年左右在歐洲出現。因此，某些設備(例如額定功率超過 75W 的電源，但在照明等某些應用中較低)需要“電源諧波抑制”(更準確地說)。這實際上涉及到為每個 AC/DC 添加另一個“升壓”功率轉換級，這讓制造商感到懊惱，盡管它確實啟用了其他功能，例如通用輸入和長穿越時間。第一個電路涉及輸入電感器、開關和整流二極管，效率不高。同樣，超過 100W 左右的 AC/DC 中的 DC/DC 轉換級開始時是半橋或全橋形式的簡單正向轉換器——相對容易理解和實施，但由于可用的半導體技術和拓撲的“硬切換”性質。

性能規范，例如 2004 年左右的80 PLUS? 認證計劃，已經使這些基本的 PFC 和 DC/DC 轉換拓撲無法滿足所需的效率水平：例如，最高的“鈦”級需要在 50 時達到 96% 的效率230VAC 設備的負載百分比。因此，新技術得到了發展，如今，一種流行的組合(可高達幾千瓦)用于實現高功率密度和效率，是“圖騰柱 PFC”(TPPFC) 級后接諧振“CLLC”轉換器。

圖騰柱 PFC 階段

TPPFC 通過使用半導體開關作為同步整流器，有效地消除了 AC/DC 前端中的輸入橋式整流器(圖 1)。在中高功率下，電路以“連續導通模式”運行，以保持峰值電流可控，從而實現“硬開關”。

圖 1：該圖說明了“圖騰柱 PFC”階段。(來源：UnitedSiC)

在一個電源極性上，Q1 充當二極管，Q2 充當高頻升壓開關，在另一個極性上，功能互換。Q3 和 Q4 充當同步二極管，為交流線路電流提供返回電源的路徑，并且可以是成本較低的分立二極管。很明顯，電源路徑中只有開關，此處顯示為 SiC FET，因此傳導損耗僅由器件導通電阻設置。如果將 Si-MOSFET 用于 Q1 和 Q2，則其體二極管的反向恢復(在死區時間內導通)將限制可實現的效率。然而，在這些位置使用SiC FET，例如最新的750V Gen 4 18mΩUnitedSiC(現為 Qorvo)的部件，在 6.6kW 輸出下可實現 99.3% 的半導體效率，開關頻率為 75kHz，Q1 和 Q2 各損失 8.3W。這是由于它們市場領先的導通電阻和極低的恢復損耗。

CLLC DC/DC 轉換器

以 96% 的總體效率為目標，TPPFC 階段是一個良好的開端。對于主 DC/DC 隔離級，可以利用流行的“CLLC”類型的諧振轉換器的優勢(圖 2)。

圖 2：該圖說明了 CLLC 轉換器。(來源：UnitedSiC)

CLLC 是一個可變頻率轉換器，每個開關具有 50% 的占空比驅動并且是對稱的，因此它可以用于雙向轉換。該拓撲是諧振的，因此可以實現初級零電壓開關和次級零電流零電壓開關。在諧振轉換器中，開關損耗非常低并且體二極管恢復不是問題，因此可以提高頻率以最小化磁性尺寸。然而，受器件輸出電容的影響，這有一個限制，它決定了最小“死區”時間和工作范圍。同樣，SiC FET 是一個理想的選擇，它具有市場上高溫和低溫下特定輸出電容和導通電阻的最佳品質因數，以及非常低的體二極管正向壓降，從而產生出色的效率。例如，在 300kHz、6.6kW 下，與示例 PFC 級中使用的相同 UnitedSiC Gen 4 部件可產生 99.8% 的半導體效率。SiC FET 的另一個好處是它們易于進行 0-12V 柵極驅動。

UnitedSiC 開發了一系列具有可選封裝和導通電阻的 750V Gen 4 SiC FET 部件，因此設計人員可以根據自己的性能目標和預算進行廣泛的選擇。可以使用公司的在線 FET-Jet Calculator? 探索所有選項，該計算器提供 SiC FET 在廣泛的可選拓撲結構(包括 TPPFC 和 CLLC)中的瞬時性能結果。顯示功耗、溫升和組件應力水平，用戶能夠指定電氣和熱操作條件以及并聯多個部件的影響。

我們現在有最終的拓撲結構和開關嗎?現在階段效率與 100% 的差距只有百分之幾，我們已經非常接近了。

審核編輯：湯梓紅