手搓了一个3kW碳化硅电源！实测一下！

  什么是PFC？为什么开关电源中要使用FPC？有几种PFC的形式？图腾柱PFC高频管不能用普通MOS？工作电流方向？发波逻辑？工作模式的区别？为什么碳化硅需要正负电源驱动？为什么辅助电源变压器初级要加电容？为何需要隔离驱动器？碳化硅MOS管怎么选择？

  要了解 PFC，我们一定要首先定义功率因数。功率因数是以瓦特为单位的有功功率与视在功率之比。

  开关电源通常用于功率因数校正。开关电源通常利用二极管桥将交流 (AC) 信号整流为直流 (DC) 信号。该二极管桥对交流信号进行斩波，进而影响功率因数和总谐波失真 (THD)。

  峰值驱动电流和开关特性。由于PFC 需要高功率开关，因此就需要高驱动电流。上升和下降时间以及传播延迟等快速开关特性可实现快速开关转换，由此减少损耗并提高效率。需要快速开关转换的原因主要在于 MOSFET 中的开关损耗。

  欠压锁定和噪声解决能力。升压 PFC 通常由单通道、低侧、非隔离式栅极驱动器驱动，下图为升压PFC。

  在超过一定功率的电器设备上必须加入PFC，提升电网质量，如果不加入PFC，会影响到电网整体的效率波形等，导致其他用户无法正常使用，功率因数（‌PF）‌是衡量电力被有效利用的程度，‌其值越大，‌表示电力利用率越高。‌

  开关电源作为一种电容输入型电路，‌其电流和电压之间的相位差会导致交换功率的损失。‌为减少这种损失，‌提高电力利用效率，‌开关电源中引入了PFC电路。‌PFC电路通过改善电源的功率因数，‌使得电源在消耗有功功率的同时，‌也能有效地管理无功功率，‌由此减少电网上的无谓损耗，‌提高电力系统的整体效率。

  交错式升压 PFC是一种更高效、更复杂的选择。交错式升压 PFC 可提高系统效率，但会增加元件数量。

  只是第二个 MOSFET 需要一个额外的通道。为了驱动此拓扑所需的两个 MOSFET，通常使用双通道低侧栅极驱动器，例如 UCC27624。下图显示了一个交错式升压电路示例。

  优点为：设计简单，可靠性高，系统控制环路速度慢以及成本低。但缺点也很明显：无源器件很重，功率因数低，并且会产生显著的功率损耗，因此导致散热器体积非常庞大以及散热量大。

  如果设计人能抑制串联二极管之一，则能节约输入功率的 1%，从而使效率从 94% 上升至 95%。

  因此，无桥架构趋势日益明显，这种架构消除了传统的二极管电桥。OBC 基于硅功率器件，存在低效率、低功 率密度和高重量等限制。凭借 SiC MOSFET 的优势，设计人能利用快速开关、低反向恢复电荷和低 RDS(ON) 的卓越性能，极大地改善这些限制。

  1.4 为什么图腾柱PFC高频管只能用GaN和SiC，不能用普通MOS？

  固有问题是交流电压过零处的运行模式转换。当交流输入在过零处从正半线变为负半线时，低侧高频开关 SiC2 的占空比从 100% 变为 0%，SiC1 的占空比从 0% 变为 100%。

  65kHz的开关频率下运行，一对 Si MOSFET 在工频（大约45Hz至60Hz）下运行。因此，导通路径包括一个 GaN 开关和一个低频 Si 开关，导通损耗明显降低。使用双通道交错技术以降低导通损耗和输入电流纹波。测试根据结果得出效率高达 98.5% 以上。

  1.6 图腾柱PFC（CCM）的发波逻辑是如何的，怎么样才能解决过零点尖峰？

  发波逻辑：在交流电正半周时，主管PWM从低占空比到高占空比，再回到低占空比，让电感电流呈现正弦波，而从管则相反互补。但是图腾柱PFC有过零点电感电流换向尖峰问题，为了改善电流波形，需要在过零点做特殊处理

  在过零前，所有的四个门极驱动 GDL/GDH/SFL/SFH 的输出被关闭，在过零后，高频管的主动管（SFL 或 SFH）先开始工作。

  以 200kHz 的 PWM 频率逐渐增大到满占空比，直到死区时间结束。通过这一种方式，高频管可以在主动管状态与被动管状态之间进行平滑的切换。

  过零死区时间是±100us，当交流采样信号接近于 0V 并可能被噪声干扰时，它可以防止潜在的短路发生。

  CRM（临界导通模式）和CCM（连续导通模式），CRM广泛应用在小功率300W左右的场合。

  功率开关零电流导通：‌在CRM模式下，‌功率开关在零电流的情况下导通，‌这有助于减少开关损耗，‌提高效率。‌

  传导干扰低频段较高：‌虽然使用CRM方式PFC的控制器可以实现简单的修改反馈部分，‌但这样的形式会导致传导干扰在低频段较高。‌

  可改变开关频率：‌CRM模式允许在正弦波零跨越时改变开关频率，‌并且可以使开关频率变得非常高，‌但通常IC内部会对频率上限进行限制，‌以防止EMI测试无法通过

  CCM模式一个显著特点是其传输电流连续流动，‌几乎为直流，‌纹波也很小。‌这种连续流动的电感电流有助于减少开关噪声，‌提高电源的效率和稳定性。‌与DCM模式相比，‌CCM模式更适合于大功率场合

  碳化硅（SiC）半导体材料，而普通MOS管使用的是硅材料。碳化硅具有高熔点、高硬度、高导热性、高耐辐射性、高温稳定性等优异性能，而硅材料则没有这些特性。‌

  切换速度更快，可以实现更高频率、更高效率的功率转换。它具有更高的电场强度和较低的导通电阻，抗电磁干扰性能更好，适用于高温、大功率、高频和高压应用领域。‌

  具有较高的电场强度和较高的漏电流，在高压条件下导通损耗会更小。普通MOS管的工作原理基于衬底注入概念或感应概念，而碳化硅MOS管则具有更高的电场强度和开关速度。

  阈值电压一般为2V至5V。如果在这一过程中串扰造成的电压抬升幅度超过了SiC MOSFET 开通的阈值电压，可能会造成下桥臂的误开通，从而导致上下桥臂直通，造成系统短路损坏等严重后果。

  需要使用正负压驱动，即通过负压关断确保关断过程中即使出现小的电压尖峰，也不会超过阈值电压致使MOSFET开通，下图为需要输入脉冲的辅助电源驱动器。

  本项目采用VPS8703B全桥驱动芯片，其外围只需匹配简单的输入输出滤波电容、隔离变压器和整流电路，即可实现6~30V输入电压、多种输出电压、输出功率1~10W的隔离电源。输入电压最大30V，可以适应较宽输入电压范围，内部集成250Khz频率。

  全桥变压器的正常工作需要满足“伏秒平衡”的要求，即变压器励磁过程产生的伏-秒积应等于去磁过程产生的伏-秒积。如不相等，则可能会出现磁芯饱和的现象。

  当开关管PM1和NM2开通时，全桥变压器处于“励磁”阶段，磁通密度将沿着A至A’的箭头方向持续增加，PWM1和PWM2关断时刻，磁通密度将达到正向最大值A’，当开关管PWM2和PWM1开通时，全桥变压器处于“去磁”阶段，磁通密度将沿着A’至A的箭头方向持续减小，PM2和NM1关断时刻，磁通密度将达到负向最大值A。

  一句话总结：没有隔直电容可能导致偏磁，偏磁会导致磁饱和，磁饱和会导致电流急剧增大，烧毁器件，当然VPS8703带有过流保护，可以不加电容，加电容可能会导致输出电压以及功率降低。

  允许数据和电力在高压和低压单元之间传输，同时可以有效的预防任何危险的直流电或不受控制的瞬态电流从电网中流出。一个众所周知的例子便是雷击。通过隔离可以打破在具有高能量流的电路中形成的接地环路。隔离方法有若干种。在所有隔离方法当中，电流隔离是针对巨大电位差提供保护的一种隔离方法。

  PFC输出电压的采样需要用高压差分运放来进行采样。所有功率器件的驱动需要使用隔离驱动。

  Ciss，Corss，Qg等参数，由于碳化硅的开关频率较高，所以这些参数都会影响碳化硅的开关损耗，以及Ron决定着导通损耗，在使用驱动器时，我们还需要注意驱动电流，认真去计算，选取合适的Rg开通电阻以及关断电阻。

  记得计算泄放电阻的功率，在输出端需要加上100nf的去耦电容，减小高频纹波

  磁芯损耗目前计算方式有很多种，最主要是斯坦梅兹公式还有就是磁芯厂家对材料测试给出的损耗公式，一般拟合而成。

  铁芯总损耗由磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗3部分构成，高频下 的剩余损耗最重要的包含尺寸共振、畴壁共振和自然共 振等引起的损耗_l ”，但其所占比例不大。

  工作频率越高，磁滞回环越大，单位质量的损耗就越大。采用损耗分离法描述变压器的铁芯损耗时，可将其分解为静态磁滞损耗 、动态涡流损耗 以及剩余损耗P 。

  采用了二型补偿器补偿，有一个零点和一个极点，由于输出电压上有2倍工频纹波，所以电压采样的穿越频率我设置的是5Hz，减少对电路电压环路的影响。

  在上一个项目中，220/380v 可调电源设置电压时，发现在5v以下时，eg1163s的输出不稳定，Vgs波形出现大小波，测试环路的穿越频率以及相位余量，降低环路响应，增加相位裕量，把10nf前馈电容改为20nf，解决调压不稳的问题