详解将CoolMOS应用于图腾柱功率因数校正电路-KIA MOS管

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详解如何将CoolMOS应用于连续导通模式的图腾柱功率因数校正电路。

功率因素校正旨在塑形输入电流，使其与电源电压同步，最大化从电源汲取实际功率。理想的PFC电路中，输入电压与电流间为纯电阻关系，无电流谐波。

升压拓扑是PFC中最常见的结构，通过走向无桥型，减少器件数量与损耗，提升效率和功率密度。

图腾柱功率因素校正电路作为一种成功拓扑，其控制法已成熟。然而，超级结MOSFET在连续导通模式下应用时，高频桥臂切换过程中的硬切损耗与反向恢复损耗问题显著。

为解决此问题，宽禁带半导体成为市场主流选择。文章介绍预充电电路方案，以实现在图腾柱PFC中使用常见开关器件。

文章分析了超级结半导体开关的切换瞬时特性，通过设计非线性的Coss特性，降低电压切换过程中的损耗。随着制程技术演进，Coss变化曲线更加陡峭，新老代MOSFET性能差异明显。

针对半桥结构，文章提供预充电电路的解决方案。预充电电路在每个开关周期内，使MOSFET在通道开启前预充至特定电压，如24V，大幅减少Qoss和Qrr相关的损耗，提升整体性能。

预充电解决方案需要为半桥中的每个功率开关配备额外器件：高压肖特基二极管和低压MOSFET。电压源驱动半桥、低压MOSFET、MOSFET漏-源端电压，并且通过滤波器设置正确的PWM信号时序。

图腾柱架构预充电电路时序控制图展示了主要波形，包括电感充电、电流续流、预充电过程、自举电容充电等步骤。预充电电流波形有两个峰值脉冲，确保Q1或Q2开启时的低损耗。

文章讨论了PFC应用中开关到二极管切换的过程，以及在足够高的负载或电感电流时实现零电压开关（ZVS）的可能性。当电感电流不足以对半桥等效Coss进行充放电时，可能发生硬开关。

预充电电路的引入，通过使MOSFET通道在开启前预充至特定电压，减少了硬换向瞬态工作中的损耗，保证了较为平滑的开关到寄生二极管的切换。