图腾柱PFC电路的工作原理

‍‍本文的关键要点

・图腾柱PFC是作为可提高效率的PFC转换器在近年来备受关注的拓扑。

・经确认，在图腾柱PFC中使用第4代SiC MOSFET时，在整个负载范围内均可获得比第3代更高的效率。

继前一篇的“装入牵引逆变器实施模拟行驶试验”之后，本文将介绍在相同的BEV电源架构的组成模块之一—OBC的双向图腾柱PFC中使用第4代SiC MOSFET时的实验结果。

第4代SiC MOSFET的特点

在降压型DC-DC转换器中使用第4代SiC MOSFET的效果

>电路工作原理和损耗分析

>DC-DC转换器实机验证

在EV应用中使用第4代SiC MOSFET的效果

>EV应用

>装入牵引逆变器实施模拟行驶试验

>图腾柱PFC实机评估

在EV应用中使用第4代SiC MOSFET的效果：图腾柱PFC实机评估

图腾柱PFC是作为可提高效率的PFC转换器在近年来备受关注的拓扑。另外，为了微电网系统更加稳定，并促进供需平衡，全球范围都在研究V2G（Vehicle To Grid），双向工作也变得越发重要。

图腾柱PFC电路工作

图1是电路框图。左桥臂（S1、S2）用于高频开关，右桥臂（S3、S4）用于工频（低频）整流。通过对S3和S4使用同步整流，可以实现双向工作（V2G）。

图1. 图腾柱PFC框图

图2是不同状态的工作示意图。在商用交流电的“正半周”期间，图腾柱低边开关（S2）作为升压转换器进行高频开关（图(a)：期间D）。此时，S1进行整流工作（图(b)：期间1-D），但如果体二极管的反向恢复较慢，则会产生较大的功率损耗。SiC MOSFET的反向恢复速度非常快，可以更大程度地减少功率损耗的影响，非常适合用作图腾柱PFC的功率器件。

接下来，在“负半周”期间，图腾柱高边开关（S1）作为升压转换器进行高频开关（图(c)：期间D），S2进行整流工作（图(d)：期间1-D）。S3和S4按照商用交流电的每半个周期切换一次。

图2.不同状态的工作示意图

图腾柱PFC实机评估

为了验证第4代SiC MOSFET在降低图腾柱PFC损耗方面的效果，我们使用实际应用板进行了实验。表1为PFC评估条件以及所用SiC器件的规格。如果输出电压为400V，则与耐压750V的SiC MOSFET相匹配。在这里我们使用的是SCT4045DR。

表1.PFC评估条件

图3为实际应用板的开关波形。从图中可以看到其开通和关断时间非常短，仅为20ns～30ns。

(a) 一个周期的Vac和Iac波形

(b)导通时和关断时的波形

图3. 开关波形

图4为效率测试结果。当使用第4代SiC MOSFET时，在1.5kW半负载时实现了98%以上的高效率，在3kW满负载时实现了97.6%的高效率。

图4. 实测效率