在美國太平洋西北部發(fā)現(xiàn)的圖騰柱具有一系列功能，從裝飾到紀念，有些簽署歡迎，有些是公開羞辱或嘲笑的練習。我不確定當工程師決定將這個名字應用于TTL邏輯中以互補方式驅(qū)動的兩個晶體管的堆棧時，我不確定哪個，但這個術語現(xiàn)在肯定是電源世界的一個受歡迎的補充，以“圖騰柱”功率因數(shù)校正階段的形式。與紀念性雕刻的聯(lián)系仍然有點脆弱，但與TTL輸出級的相似性仍然存在 - 兩組堆疊開關，交替驅(qū)動，一個支腿在交流線路頻率下，一個支路在高頻下。

圖1.圖騰柱PFC電路

這種布置的要點是，它可以被解構(gòu)為相當于一個全橋交流整流器，然后是一個功率因數(shù)校正升壓電路，但實際上與功率流一致的元件更少，損耗更低。圖騰柱電路中只需要兩個線路交流整流二極管，甚至可以用同步整流MOSFET代替，以實現(xiàn)更低的損耗。它的規(guī)模在于，橋式整流器在AC/DC轉(zhuǎn)換器的低壓線路下可能導致接近2%的效率損失，而當端到端電源的目標效率為96%以滿足80+鈦標準時，2%是非常值得消除的。

工作原理

在電路中，對于線路交流的一個極性，一個開關（例如Q1）設置為導通，Q2設置為阻塞。然后將該極性功率饋送到Q3和Q4，形成經(jīng)典的PFC升壓轉(zhuǎn)換器，Q3作為開關，Q4作為同步整流器工作，從標準電源產(chǎn)生約400V DC。在另一個交流線路極性上，Q2導通，Q1模塊和半正弦的相反極性被路由到升壓轉(zhuǎn)換器，但現(xiàn)在Q4是開關，Q3配置為同步整流器，產(chǎn)生相同的高壓直流軌。采用同步開關作為二極管時，電路的導通損耗僅受半導體導通電阻以及電感和連接歐姆電阻的限制。隨著開關技術的進步，例如MOSFET現(xiàn)在可以具有RDS（開啟）這些值似乎使它們在相對高功率的電路中成為理想之選。但有一個問題，對于硅MOSFET，動態(tài)損耗可能非常高，以至于電路無法工作。主要問題是在用作升壓同步整流器時，MOSFET的體二極管恢復導致功耗。MOSFET通道被主動驅(qū)動和打開之間始終存在一個“死區(qū)時間”，以避免交叉?zhèn)鲗?，在此期間，積分體二極管通過“換向”傳導，存儲有問題的電荷。這種效應僅在“連續(xù)導通”模式下發(fā)生，其中電感電流在每個開關周期中永遠不會降至零，但這是較高功率下的首選模式，可將開關和電感中的峰值和均方根電流保持在實際值內(nèi)，以實現(xiàn)低導通損耗。

寬帶隙開關可實現(xiàn)可行的解決方案

因此，圖騰柱PFC階段從最初的提案到半導體技術以寬帶隙半導體的形式趕上，作為一種誘人的拓撲結(jié)構(gòu)萎靡不振。碳化硅MOSFET的體二極管反向恢復電荷比硅MOSFET低得多，而氮化鎵HEMT電池根本沒有，因此拓撲的時代已經(jīng)到來。我們現(xiàn)在可以現(xiàn)實地談論AC/DC前端中99%以上的效率，但是實際實現(xiàn)仍然存在一些困難，因為SiC MOSFET和GaN都需要非常特定的柵極驅(qū)動條件來提取效率的最后一小點并保持可靠性。

柵極驅(qū)動問題可以通過設計UnitedSiC的SiC FET來解決，SiC JFET和硅MOSFET的級聯(lián)組合。柵極現(xiàn)在可以以“正?！盡OSFET或IGBT電平驅(qū)動，安全裕度很大，達到絕對最大值+/-值，在完全導通器件時具有穩(wěn)定的閾值電平，在很大程度上與時間和溫度無關。但是等等，還有更多 – SiC FET 在相同電壓等級下與 SiC MOSFET 和 GaN 晶體管在相同芯片面積下的導通電阻要低得多，因此每個晶圓的芯片得到改善，相反，對于相同的導通電阻，芯片面積可以更小，從而降低器件電容，從而降低開關損耗。最終結(jié)果是更低的總損耗，簡單的柵極驅(qū)動，并確保可靠性不會因GaN器件中不存在的高能量雪崩額定值而受到影響。

圖騰這個詞來自阿爾岡昆語“odoodem”，意思是“親屬群體”，也許是對優(yōu)雅拓撲結(jié)構(gòu)和近乎理想的 SiC FET 開關的幸福結(jié)合的一個很好的參考。

審核編輯：郭婷