关于图腾柱PFC 你需要了解这些方面-电源网

在电源研发领域，PFC拓扑的设计在最近几年中越发重要，这一关键因素直接关系到电力转换系统的效率的高低。为了进一步提升电源的工作效率，科研人员和工程师们已经研究了多种不同的PFC拓扑，我们所熟悉的传统PFC、半无桥式PFC、双向无桥PFC等拓扑结构也已经大范围的应用在设计过程中。

作为一种新的PFC形式，图腾柱PFC凭借着自身的独特优势，已经开始崭露头角。在设计研发过程中，图腾柱PFC所使用的组件数量是目前已知的PFC拓扑中最少的，同时还具有最低传导损耗、最高效率等优点，图腾柱PFC引起了人们越来越多的关注。

图1 图腾柱PFC基础结构

上图中，图1所显示的是一个标准的图腾柱PFC的基础结构。从图1所提供的这一电路结构中我们可以很明显的看到，与传统的PFC相比，这一PFC结构中的电力传导路径只包含一个二极管，而不是两个。此外，碳化硅（SiC）二极管被MOSFET所取代，这一设计能够实现同步整流，而电力传导损耗也因此降低。除此之外，可用普通MOSFET取代D1和D2，以进一步提高效率。

那么，图腾柱PFC的概念早已经被人们所提出，这一技术也得到了普遍的关注，可为什么这一PFC拓扑形式在最近几年才开始悄然成为研究室中的重点领域呢？答案很简单，技术方面的应用挑战妨碍了它的广泛使用。作为制约图腾柱PFC拓扑研究的第一大阻力，MOSFET体二极管的慢反向恢复问题一直以来得不到解决，这也使得图腾柱PFC无法在连续传导模式（CCM）中运行。其次，图腾柱PFC拓扑中有一个固有问题，即输入电流在AC零交叉上有一个巨大尖峰。这些尖峰破坏了电流波形，并且使总谐波失真（THD）无法达到技术规格的要求。第三，Q3和Q4在每半个AC周期内的PFC激活开关与同步整流开关之间交替切换。这个交替切换需要控制器能够根据正或负的AC周期提供一个具有D（占空比）或1-D的脉宽调制（PWM）波形。

好在电源技术的发展最近有了明显的加快，借助UCD3138等现代数字控制器，更加高级的控制算法被开发出来，其中的开关以特殊的顺序打开，并且每个开关执行一个软启动机制。因此电流尖峰被大大地减少，为图腾柱PFC的普及提供了有利条件。此外，数字PWM输出是很灵活的，可以根据运行条件生成D或1-D。同时，随着氮化镓（GaN）FET的问世，这种二极管的结构也使得CCM图腾柱PFC成为可能。

图2 CCM图腾柱PFC的电流波形

在具备了实现的条件后，可以预见，图腾柱PFC取代传统的PFC拓扑形式是一个电源发展过程中的必然事件。这种全新的PFC拓扑形式，能够提供更高的效率，并将传导损耗降至最低。上图中，图2显示的由UCD3138控制的CCM图腾柱PFC的电流波形，可以看出其波形是多么的平滑，与传统PFC之间的高下对比立现。