【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

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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。

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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

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