使用一個(gè)主動(dòng)PWM電路，該電路迫使繪制的線電流近乎連肌體系。盡管轉(zhuǎn)換階段可以采取不同的形式，但首選“增強(qiáng)”轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗梢越档偷降洼斎氲慕涣麟妷翰a(chǎn)生調(diào)節(jié)的高壓導(dǎo)軌，在該軌道上可以有效地存儲(chǔ)乘車能量。這個(gè)“ Boost PFC”階段最初采用了線橋整流器的形式并增強(qiáng)拓?fù)洌瑘D1（左）。隨著對(duì)更好效率的需求，例如在能源之星'80 Plus'方案中，電路變得不可行，在動(dòng)力列車中任何一次進(jìn)行三個(gè)整流器的損失太高，尤其是在低線。提出的解決方案是“ Totem-Pole Bridgeless PFC”（TPPFC）拓?fù)鋱D1（中間），其中轉(zhuǎn)換分為兩個(gè)半波整流階段。由Q1和Q2交換函數(shù)在交流輸入的替代極性上形成的增強(qiáng)開(kāi)關(guān)和同步二極管。 D1和D2在線頻率下進(jìn)行操作，因此動(dòng)態(tài)損耗微不足道，但可以用同步整流器Q3和Q4取代，如圖1（右）所述，以增加傳導(dǎo)損失的增量。 Q3和Q4稱為“慢”切換腿，Q1，Q2“快速”腿以高頻切換?？刂剖菑?fù)雜的，只有有限的專用控制器，無(wú)論是模擬還是數(shù)字?jǐn)?shù)字，但是通過(guò)優(yōu)化電感器和適當(dāng)?shù)臒峁芾?，可以承諾良好的結(jié)果。

　　圖1。 從左到右 - 簡(jiǎn)單的提升PFC，圖騰極PFC和完全同步版本。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　根據(jù)設(shè)備選擇的不同，有任意的低壓下降和傳導(dǎo)損耗，但是TTPFC電路證明在高頻和高功率下使用硅超連接MOSFET，用于快速腿。這是因?yàn)橥負(fù)渫ǔＲ愿吖β仕竭B續(xù)傳導(dǎo)模式（CCM）進(jìn)行可管理的峰值電流。但是，這導(dǎo)致了“硬”切換，其中Q1和Q2的身體二極管被迫進(jìn)行。隨后將它們向前偏向時(shí)，硅SJ-MOSFET的高回收能量在高開(kāi)關(guān)頻率下會(huì)導(dǎo)致過(guò)度損失，如果頻率保持低以補(bǔ)償，則電感器的大小和成本是不可接受的。
　　WBG開(kāi)關(guān)有望解決方案，但是…
　　寬帶隙（WBG）半導(dǎo)體被譽(yù)為問(wèn)題的答案，而SIC的反向恢復(fù)電荷（QRR）較低，而GAN實(shí)際上沒(méi)有。但是，這些設(shè)備確實(shí)有缺點(diǎn)，尤其是與SI-MOSFET相比的單位成本。 SIC主體二極管很快，但仍具有恢復(fù)電荷，并且還具有高的前向電壓下降，約為3V。 SIC MOSFET仍然可能存在閾值不穩(wěn)定性問(wèn)題，這些問(wèn)題需要以一定的代價(jià)在制造中篩選出來(lái)，并且登機(jī)驅(qū)動(dòng)器需要大約18V，才能完全增強(qiáng)，通常接近絕對(duì)最大評(píng)級(jí)。 GAN設(shè)備的門(mén)閾值要低得多，使其容易受到噪聲的影響，并且絕對(duì)最大門(mén)電壓僅在7V左右。柵極驅(qū)動(dòng)是關(guān)鍵的，沒(méi)有門(mén)氧化物，隨著閾值超過(guò)閾值，門(mén)流流動(dòng)，必須控制。 Gan Hemt細(xì)胞也沒(méi)有雪崩特性，因此過(guò)電壓意味著即時(shí)故障。
　　SIC和GAN都具有令人印象深刻的開(kāi)關(guān)速度，但是在實(shí)際電路中，這使得PCB布局極為關(guān)鍵，并且必須放慢邊緣速度，以避免寄生電感的不可操縱的EMI和破壞電壓過(guò)沖。因此，使用WBG設(shè)備的TPPFC應(yīng)用中的開(kāi)關(guān)頻率通常為Sub100kHz，不僅是為了較低的動(dòng)態(tài)損耗和提高效率，而且還將基本的基本范圍設(shè)置為CISPR22/32的150KHz下限，執(zhí)行了EMI的EMI排放限制線。由于其列出的弊端并且沒(méi)有小型電感器大小的好處，而WBG設(shè)備的MHz切換帶來(lái)了，因此由于缺乏包裝標(biāo)準(zhǔn)化而加劇了它們的吸引力?！　∵€有一種替代方法 - 像WBG解決方案一樣高效，但以較低的成本和標(biāo)準(zhǔn)的硅MOSFET效率 - 多級(jí)TTPFC（圖2）。

　　圖2。 多級(jí)圖騰孔PFC階段。圖像由Bodo的Power Systems 提供　　在此拓?fù)渲?，兩個(gè)快速FET替換為兩組四個(gè)系列硅MOSFET，對(duì)于400 V DC輸出總線，它們的額定值僅為150 V，允許使用具有非常低的抵抗力和二極管反向恢復(fù)電荷的多源零件，可以與WBG解決方案相當(dāng)?？梢允褂脙山M兩組MOSFET，但每個(gè)MOSFET都需要在300 V時(shí)進(jìn)行額定額定值，因此，兩個(gè)串聯(lián)連接的MOSFET形成復(fù)合設(shè)備，例如Q1和Q2一起驅(qū)動(dòng)和關(guān)閉。腿中的開(kāi)關(guān)分為兩組：Q1，Q2，Q7，Q8，Q8，Q4，Q4，Q5，Q6，每個(gè)組以反相驅(qū)動(dòng)。當(dāng)Q1和Q2打開(kāi)時(shí)，Q7和Q8關(guān)閉，反之亦然。同樣，Q5和Q6的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是Q3和Q4的驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的倒置版本。驅(qū)動(dòng)器信號(hào)與MOSFET Q3和Q4（類似的Q5和Q6）的時(shí)機(jī)是驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的版本，延遲到Q1和Q2（類似的Q7和Q8）延遲了一半的切換周期。輸入電流和輸出總線電壓的調(diào)節(jié)是通過(guò)將驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)到不同占空比循環(huán)的MOSFET組的相移調(diào)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，例如Q1/Q2和Q3/Q4之間（圖3）。

　　圖3。 線路電流的形狀和輸出電壓調(diào)節(jié)是通過(guò)對(duì)MOSFET驅(qū)動(dòng)器的相移調(diào)制而實(shí)現(xiàn)的。圖像由Bodo的Power Systems 提供
　　電感器電流圖說(shuō)明了多級(jí)方法的主要優(yōu)勢(shì) - 與常規(guī)TPPFC相比，電感器看到的頻率是兩倍，是電壓的兩倍，或者是伏特一秒鐘的四分之一，這將電感器的大小降低到四分之一左右，并帶來(lái)了成本和重量收益。通常，可以使用低成本的“ SentustTM”核心。較低的伏特產(chǎn)品產(chǎn)品還減少了差異EMI，從而進(jìn)一步節(jié)省了EMI濾波器的尺寸和成本。
　　“飛行”電容器CFL保持了Q2/3和Q6/7連接之間的一半公交電壓，并且在必要時(shí)可以通過(guò)兩個(gè)其他電容器和夾具二極管來(lái)確保整個(gè)系列對(duì)之間的電壓平衡，這在正常運(yùn)行中沒(méi)有消散。 Diodes D1和D2在啟動(dòng)時(shí)將電流轉(zhuǎn)移到電感器上，以避免磁性飽和，從而導(dǎo)致高初始開(kāi)關(guān)電流。
　　優(yōu)化功率半導(dǎo)體和驅(qū)動(dòng)器
　　八個(gè)硅sosfet和孤立的門(mén)驅(qū)動(dòng)器似乎令人生畏，但消散的功率散布在設(shè)備上，因此它們可能很小且表面載。例如，在3kW的設(shè)計(jì)中，它們可能只能消散2.5W，因此通?？梢栽谝粋€(gè)小的5mm x 6mm'Superso-8'套件中，并使用PCB墊作為熱量鏈接。在兩級(jí)WBG實(shí)施中，熱量集中在兩個(gè)可能需要引導(dǎo)的設(shè)備的熱點(diǎn)上，例如TO-247，例如額外的組裝成本和可靠性問(wèn)題。
　　傳統(tǒng)上，門(mén)驅(qū)動(dòng)器的選項(xiàng)包括笨重且昂貴的電路，這些電路需要隔離和隔離電源軌，通常是雙極性的。在某些方案中，Pulse Transformers可以替換Optos，但是為了獲得最佳性能，通常將其隨后是動(dòng)力驅(qū)動(dòng)階段。一種大幅度降低尺寸，成本和復(fù)雜性的解決方案是ICEGER的IC70001設(shè)備，其中2mm x 2mm U-DFN2020-6包裝中。該驅(qū)動(dòng)程序從內(nèi)部單聲道中生成最佳的門(mén)驅(qū)動(dòng)波形，并具有精確的傳播延遲，并觸發(fā)，并由外部變壓器的短脈沖啟動(dòng)，并提供動(dòng)力。脈沖通常只有100N的持續(xù)時(shí)間，因此變壓器很小，幾個(gè)轉(zhuǎn)彎。它們可以方便地作為轉(zhuǎn)換器PCB中的平面類型實(shí)現(xiàn)，ICERGI可以使用EE樣式4 x 7mm鐵氧體芯為合適的設(shè)計(jì)提供布局。由于MOSFET成對(duì)驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上只需要四個(gè)變壓器。到達(dá)每對(duì)門(mén)的驅(qū)動(dòng)器仍然必須相互隔離，但是在單獨(dú)的繞組上可以在單個(gè)變壓器上實(shí)現(xiàn)，這可以在電子核的每個(gè)外腿上實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了所需的隔離軌道和間隙。變壓器的小尺寸和構(gòu)造也具有低隔離電容，這對(duì)于良好的DV/DT免疫所需。
　　優(yōu)化控制
　　獲得最高效率和可靠性取決于如何控制多級(jí)TPPFC階段，并且在沒(méi)有專用IC的情況下，ICERGI開(kāi)發(fā)了專有的固件，可以在標(biāo)準(zhǔn)的ARM Cortex-M0微控制器上運(yùn)行，具有最小的計(jì)算負(fù)載，這些固件最少，這些固件以及某些指定的外部邏輯以及所有必要的外部功能均可換算型號(hào)，并執(zhí)行所有功能。例如，與“智能”過(guò)載，過(guò)電壓和過(guò)度溫度監(jiān)測(cè)一起，該固件可以直接在啟動(dòng)和瞬態(tài)條件下控制飛行電容器電壓，因此可以確保MOSFET之間的電壓平衡，并且不會(huì)超過(guò)其評(píng)分。使用現(xiàn)成的微控制器可提供供應(yīng)安全性，并且可以根據(jù)需要包括額外的功能，例如“慢速”同步MOSFET門(mén)的驅(qū)動(dòng)器或通過(guò)通信接口進(jìn)行控制和監(jiān)視。
　　性能基準(zhǔn)測(cè)試　　ICERGI展示了多級(jí)TPPFC方法的有效性，其柵極驅(qū)動(dòng)器和控制固件在參考設(shè)計(jì)和演示板上。例如，對(duì)于具有EMI濾波和輔助電源的完整功能單元，輸入范圍為85 VAC至265 VAC的輸入范圍為85 VAC至265 VAC的版本（圖4）。該單元顯示效率在99.3％（圖5）約為99.3％（圖5），同時(shí)符合IEC/EN 61000-3-2的線路電流諧波，EN 55022/32進(jìn)行了排放限，并具有10dB的邊緣。

　　圖4。 使用多級(jí)TPPFC技術(shù)，SI-MOSFET和ICERGI控制器和柵極驅(qū)動(dòng)程序提供了ICERGI的3kW參考設(shè)計(jì)。圖像由Bodo的Power Systems  提供

　　圖5。 圖4中參考設(shè)計(jì)的測(cè)量效率。圖像使用的圖像由 Bodo的Power Systems 提供。　　作為描述設(shè)計(jì)方法的好處的摘要，表1使用SI SJ-MOSFET加上SIC二極管，兩級(jí)GAN解決方案和多級(jí)ICERGI解決方案進(jìn)行了比較常規(guī)方法的屬性。也許最有說(shuō)服力的比較是在BOM成本之間 - ICERGI分析顯示，GAN節(jié)省了33％，而SIC的可比較效率可比，包括ICERGI固件的許可費(fèi)。

　　表1。TPPFC 方法之間的性能比較。圖像由Bodo的Power Systems 提供
　　ICERGI還將其支撐組件和登機(jī)口驅(qū)動(dòng)器打包成各種“可插入”模塊，可以提供以評(píng)估客戶設(shè)計(jì)中技術(shù)的模塊。