功率因数是一个数值参数，常用来衡量提供给交-直流变换器的输入功率的质量。最近功率因数补偿(PFC)的标准，如IEC 61000-4-3，已经大规模应用到许多系统当中，并且在交-直流电力系统市场中表现出增长态势。为了能够达到这些标准，设计人员可以运用被动式与主动式PFC设计技术，这种设计技术必须符合电力系统中的电网谐波标准。

方法之一就是运用被动PFC的低成本解决方案，但是这一方案需要一个笨重的大体积LC滤波器。主动PFC广泛用于减少系统滤波器电感线圈的尺寸与重量。因此，增加效率与功率密度是主动PFC方案的关键设计因素。对于大功率交-直流变换器来说，连续传导模式(CCM)升压型主动PFC拓扑结构更受欢迎。与非连续传导模式(DCM)和临界传导模式CRM)不同的是，CCM PFC产生的波纹电流更小，可简化EMI滤波器设计以及保持小负荷下的稳定性。因此CCM PFC不仅广泛用于服务器与远程通信的电源供给，而且可用于平面显示器的电源供给。

按照功率变换器PFC改善功率密度的设计趋势，设计人员必须减少系统损耗与整个系统的尺寸、重量，或者增加开关频率，集成有源元件。

一种新型的MOSFET/二极管组合可以实现较高的功效，减少开关损耗。并且通过降低MOSFET的导通电阻，提高其开关速度完成CCM PFC控制器的设计。上述性能的改善，都离不开一种具有低反向恢复电荷（QRR)的SiC肖特基二极管。下面在一个400W CCM PFC应用当中，将其与常用的硅Si二极管/平面型MOSFET的组合方式进行比较，可看出本文所述MOSFET/二极管组合的优点。

与DCM升压电感的恒流相比，CCM下的PFC具备更多优势。通过EMI滤波的电流要比DCM或CRM中小得多，因此这些优势在大功率设计中更为明显。在一般情况下，MOSFET的功率损耗通常由它的开关损耗决定，事实上开关损耗是由分立升压二极管的反向回缩特性所引起的，而上述这个根源取决于工作电流与二极管温度。这些因素导致了二极管与MOSFET功率损耗的增加，进而影响到变流器的性能。

图1与图2所示为CCM PFC的工作情况，包括电流和电压波形，可看出低QRR对PFC二极管的重要性。一开始，二极管D1引入输入电流，同时还有二极管中的少量积累电荷。在开关导通的过程中，MOSFET M1导通，二极管D1关断。巨大的导通电流流过MOSFET，除了经整流的输入电流以外还包括D1的反向恢复电流与放电电流。一般情况下，电流的变化率通过M1的封装电感及其他存在于外部回路的寄生电感进行限制。二极管电流波形的负值区域便是反向恢复电荷QRR，其中时间间隔长度(t0到t2)是反向恢复时间tRR。在t0与t1之间时，二极管保持正向偏置，因此MOSFET电压为VOUT+VF。在t1时间，p-n结附近的积累电荷被耗尽。二极管反向电流持续存在，直至消除所有残留的少量积累电荷。在t2时间，这些电流基本上为零，二极管在反向偏置条件下达到稳态。[1]这些由硅Si二极管反向恢复特性所引起功率损耗，限制了CCM PFC的功效与开关频率。

CCM PFC中最值得关注的是减少MOSFET与升压二极管的传导性与开关损耗。如果您想设计一高性能的、且具有较小尺寸与较高的工作频率的CCM PFC，其MOSFET要求如下：较小的导通电阻以减少传导损耗；低CGD以减少开关损耗；低QG以减少栅极驱动功率；低热阻。同样，升压二极管要求如下：tRR时间短以减少MOSFET导通损耗；低QRR以减少二极管开关损耗；小VF以减少传导损耗；温和的反向回缩特性以减少EMI；低热阻。

MOSFET比较

图3所示为Fairchild Semiconductor(飞兆半导体)公司的SuperFET 600-V MOSFET的横截面，它运用了电荷平衡技术(右)，另一个是传统的平面型MOSFET(左)。一开始便引起我们注意的差异是SuperFET元器件内部的加厚p型柱。SuperFET所提供的低导通电阻所起的作用(>90%)在于N-型漂移区。加厚P型柱的作用是限制MOSFET轻掺杂外延区的电场。相比传统的平面MOSFET，n-型外延层的电阻率急剧减少，同时保持击穿电压不变。高压MOSFET的导通电阻降低后，可比传统的

MOSFET的开关特性随着它的寄生电容的改变而改变。例如高压SuperFET有源面积的减小直接导致输入电容的减小，因此减少了栅极电荷。这导致导通延迟时间变短，需要的驱动功率变小。当我们比较SuperFET与平面MOSFET的电容时，VDS一接近10V(对SuperFET来说)CGD的值急速地减小，在导通的开关瞬态，较小的输出电容可减小放电损耗。因为这项技术的目的是使元件能够承受住高速开关瞬态下的电压(dv/dt)与电流(di/dt)，这些元器件能够在较高的频率下可靠地工作，由于折算电阻的影响其品质因数(FOM)只相当于同等级平面器件的三分之一。

使用SuperFET的好处之一是它的低通导电阻减少了功率损耗。这允许设计人员可以不使用昂贵的冷却系统并且减少了散热器的尺寸。它的低栅极电荷同样使得它更容易且更有效地在高频下驱动。这些特性都减少了系统的整体功率损耗。

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