【经验】效率高达99%以上车载充电机PFC设计，看这里！

时间： 2017-08-19 来源：世强作者：honglei

技术问答

选型帮助

研发客服

商务客服

车载充电机整个电源电路可分为PFC和车载DC/DC两部分，其中PFC部分将工频交流电升压转化为高压直流电输出给DC/DC部分做输入，如果PFC设计的损耗过大、采用的元器件过多，就无法实现高效率、小体积设计。本文重点对PFC高效率、小体积设计实现方案做分析介绍。

车载PFC设计经历过传统单级PFC、交错式PFC、CoolMOS无桥PFC三种设计，各设计特点如下：

传统单级PFC，有整流桥，适合中小功率，其输入电压范围为90VAC~265VAC。该方案缺点是含有整流桥，大功率输出时，桥上损耗较大，同时MOSFET及二极管损耗也较大，使用单电感设计。

交错式PFC，有整流桥，适合大功率设计。该方案缺点同样是含有整流桥，大功率输出时，桥上损耗较大，同时MOSFET及二极管损耗也较大，需要2个电感、2个SIC二极管，体积较大。

CoolMOS无桥PFC，没有整流桥，为主流无桥PFC设计。该方案优点是节省了整流桥上的损耗，大幅度提升效率。不过需要2个电感、2个SIC二极管、2个MOSFET，与交错PFC方案一样体积较大。

针对如上三种PFC设计方案，其缺点很明显，带整流桥的设计，桥上损耗较大，效率无法做到99%以上。而coolMOS无桥PFC设计，即使因节省整流桥提升了一定的效率，不过因使用器件很多体积与交错式PFC相差不大。

如果有一款非常低的开关损耗、非常高的开关频率MOSFET做PFC设计，将可完美解决以上三种设计的难点。这里向大家介绍，利用GaN MOSFET的低开关损耗和高开关频率可达MHz特性，可无限的将PFC效率提升至99%以上。以下是基于GaN MOSFET的PFC设计的两种电路拓扑，效率均可达99%以上。

1、GaNMOS无桥PFC，无整流桥，采用SiC二极管。该方案只要1个电感，2个GaN MOSFET，2个SiC二极管，即可实现99%效率。相对coolMOS方案，体积减少1/3，效率显著提高，同时成本下降，其电路图参考如下图1所示。

图1：无桥PFC设计，采用GaNMOS和SiC二极管

2、GaNMOS无桥PFC，无整流桥，采用同步整流，其电路图参考如下图2所示。

图2：无桥PFC设计，采用GaNMOS同步整流

其中S1和S2是工频开关50Hz，而Q1和Q2采用高频50KHz~500KHz（利用GaNMOS最高可达MHz）开关实现无桥PFC，效率可达99.4%。该方案特点是非常高效率、低成本、设计简单、体积小。同时因GaN MOSFET超低的开关损耗，散热片和风扇均可省去，无需额外的散热成本投入。

世强代理的GaN MOSFET产品，是国内著名半导体分销商EPC（宜普电源转换公司）推出的替代功率MOSFET器件的硅基增强型氮化镓（eGaN）场效应晶体管。其器件性能比最好的硅功率MOSFET器件高出很多倍，可获得更快的开关频率，更高的效率，更小的尺寸，更低的导通电阻。是车载充电机基于GaN MOSFET的PFC设计的理想选择。

感觉本文对您的设计有帮忙，记得收藏或点赞哦！有问题也请留言。

相关技术文档：

EPC 硅基增强型氮化镓(eGaN)场效应晶体管选型指南详情>>>

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 2
| 转发至：

本网站所有内容禁止转载，否则追究法律责任！

全部评论（2）

zhangwy Lv4. 资深工程师 2017-11-24

学习了
duanmaxie Lv8. 研究员 2017-08-19

学习了

没有更多评论了

让新能源汽车大功率车载充电机走进现实的SiC 器件

电动汽车充电时间长是其发展的一大障碍，随着人们对快速充电的需求越来越高，大功率车载充电机将是未来的一个发展趋势。

设计经验发布时间 : 2016-03-11

型号- EPC2014,EPC2016,EPC2015,EPC9203,EPC9049,EPC9046,EPC9201,EPC9047,EPC9124,EPC9048,EPC9041,EPC9040,EPC2102,EPC2024,EPC2104,EPC8009,EPC2103,EPC8008,EPC2029,EPC2106,EPC2105,EPC2108,EPC8002,EPC2021,EPC8007,EPC9057,EPC2020,EPC9014,EPC2023,EPC2100,EPC8005,EPC8004,EPC9055,EPC9050,EPC9051,EPC9509,EPC2035,EPC2014C,EPC2039,EPC9507,EPC9029,EPC2030,EPC9106,EPC9024,EPC2031,EPC9022,EPC9060,EPC9061,EPC9062,EPC2015C,EPC9038,EPC9115,EPC9039,EPC2007C,EPC9034,EPC9078,EPC9111,EPC9035,EPC9112,EPC9036,EPC2001,EPC9510,EPC9037,EPC9114,EPC9030,EPC9031,EPC9032,EPC9033

应用笔记或设计指南 - EPC - 2017年07月13日 PDF 中文下载

EPC（宜普）氮化镓场效应晶体管面向D类音频放大器应用简介中文版（AB003）

型号- EPC2036,EPC9509,EPC9001C,EPC2010C,EPC9003C,EPC2016C,EPC2019,EPC9106,EPC2032,EPC9046,EPC2031,EPC9047,EPC2034,EPC9048,EPC2033,EPC9061,EPC9062,EPC9040,EPC9002C,EGANAMP2016,EPC2103,EPC2001C,EPC2029,EPC2106,EPC2015C,EPC2108,EPC9010C,EPC2107,EPC9039,EPC2007C,EPC9034,EPC2021,EPC9035,EPC2020,EPC9014,EPC9510,EPC2022,EPC9033,EPC9055,EPC9050,EGANAMP 2.1,EPC9006C

应用笔记或设计指南 - EPC - 2017年07月11日 PDF 中文下载

【应用】开关频率高达80KHz IGBT逆变模块助力车载充电机DC/DC设计！

Vincotech推出10-FY074PA050SM-M582F38 H桥IGBT模块最大为 650V/50A，可以实现最大功率7.5kw的输出能力，利用Infineon IGBT H5技术设计而成。

新应用发布时间 : 2019-09-06

【白皮书】EPC（宜普）氮化镓场效应晶体管FET电气特性（WP007）

描述- 本文介绍了eGaN FETs的基本电气特性，并与硅MOSFET进行了比较。了解这两种技术的异同，是了解如何改进现有的电力转换系统的必要基础。

白皮书 - EPC - 2017年07月12日 PDF 英文下载

【产品】增强型并采用半桥拓扑的氮化镓功率晶体管，能量效率最高可达90%

EPC 公司推出的GaN功率晶体管EPC2100,漏源电压VDS最大值为30V（连续），驱动电压范围-4V~6V，工作温度范围-40℃~150℃,最大工作频率超过10MHz,应用于高频DC-DC电源转换和负载点（POL）转换器等方面。

新产品发布时间 : 2018-03-16

【应用】车载充电机核心动力：有效简化设计难度的高集成功率模块

Vincotech推出的新一代RPI功率模块，集成度高、一致性好，可有效帮助车载充电机设计工程师缩短设计周期、简化结构设计、提高功率密度。

新应用发布时间 : 2019-07-11

应用在3KW车载充电机中，母线电压为400V，主功率采用全桥DC转DC，要求设备体积小，且散热方便，有没合适的方案推荐？

推荐功率模块V23990-P722-F74-PM，该功率模块结构为全桥结构，内封功率管为MOSFET，电压为600V，电流为32A。用一个这样的模块就可以替代4个分离器件的管子，增加功率密度，并且该模块方便散热。

技术问答发布时间 : 2017-05-05

目前为止（即2015中旬），交流充电桩和直流充电站在器件选型上有什么明显的区别？

目前，交流充电桩一般是慢充，面向的对象一般是小车，其功率也小，内部一般是购买相应的AC-DC模块来为主回路提供电源，而通过大量的继电器来控制交流输出，并且一般会加装一个计量表并配合无线抄表技术（或GPS）来进行收费。而直流桩目前并无直接标准，面向的对象一般是车载的充电机，其电压一般最高可达到数百伏（看下一级对象），电流也比较大。因此，相对于交流桩，直流桩的选型是较为复杂的，并且会大量采用与电源应用类似的模块或单管。

技术问答发布时间 : 2017-10-10