【導讀】幾乎所有現代工業係統都涉及交流/直流電源，這些係統從交流電網獲得能量
，並將經過妥善調節的直流電壓輸送到電氣設備。隨著全球功耗增加
，交流/直流電源轉換過程中的相關能量損耗，成為電源設計人員整體能源成本考慮的重要部份，特別是高耗電電信和服務器應用的設計人員。

幾乎所有現代工業係統都涉及交流/直流電源，這些係統從交流電網獲得能量
，並將經過妥善調節的直流電壓輸送到電氣設備。隨著全球功耗增加，交流/直流電源轉換過程中的相關能量損耗，成為電源設計人員整體能源成本考慮的重要部份，特別是高耗電電信和服務器應用的設計人員。

氮化镓有助於提高能效並減少交流/直流電源的損耗
，進而有助於降低終端應用的擁有成本。例如，透過最低 0.8% 的效率增益，采用氮化镓的圖騰柱功率因子校正（PFC）有助於100 MW數據中心在10年內節省多達700萬美元的能源成本。

選擇正確的 PFC 級拓樸

世界各地的政府法規要求在交流/直流電源中使用 PFC 級
，藉以促進從電網獲得潔淨電力。PFC 對dui交jiao流liu輸shu入ru電dian流liu進jin行xing調tiao整zheng以yi遵zun循xun與yu交jiao流liu輸shu入ru電dian壓ya相xiang同tong的de形xing狀zhuang，因yin而er達da到dao從cong電dian網wang汲ji取qu最zui大da的de有you功gong功gong率lv，電dian氣qi設she備bei即ji可ke像xiang無wu功gong功gong率lv為wei零ling的de純chun電dian阻zu一yi樣yang運yun作zuo。
如圖一所示，傳統的 PFC 拓樸結構包括升壓 PFC（在交流線路後采用全橋式整流器） 和雙升壓 PFC。典型升壓 PFC 是常見的拓樸結構
，這其中包含傳導損耗極高的前端橋式整流器。雙升壓 PFC 由於沒有前端橋式整流器，減少傳導損耗，不過這確實需要額外的電感，因此成本和功率密度受到影響。

圖一 : PFC 拓樸結構：雙升壓 PFC（b）；升壓 PFC

可能提高效率的其它拓樸包括交流開關無橋接式 PFC、有源橋接式 PFC 和無橋接式圖騰柱 PFC
，如圖二所示。交流開關拓樸使用兩個在開啟狀態下導通的高頻場效應晶體管 （FET） 和在關閉狀態下導通的碳化矽 （SiC） 二極管和矽二極管。有源橋式 PFC 直接以四個低頻 FET 取代連接到交流線路的二極管橋式整流器，二極管橋式整流器需要額外的控製和驅動電路。有源橋式 PFC 使用三個在開啟狀態下導通的 FET 和兩個低頻 FET，以及在關閉狀態下導通的 SiC 二極管。

 
圖二 : 可提高效率的各種 PFC 開關拓樸

相較之下
，圖騰柱 PFC 隻有在開啟和關閉狀態下導通的一個高頻 FET 和一個低頻矽 FET
，因此在三種拓樸結構中達到最低的功率損耗。此外，圖騰柱 PFC 隻需要最少數量的功率半導體組件，因此
，在考慮整體組件數量
、效率和係統成本時，這是有吸引力的拓樸。

氮化镓在圖騰柱 PFC 中展現效益

傳統的矽金屬氧化物半導體 FET（MOSFET）不適合圖騰柱PFC，因為MOSFET的本體二極管具有極高的反向複原電荷，會導致高功率損耗和直通損壞的風險。SiC功率MOSFET比矽略有改善


，固有本體二極管的反向複原較低。

另外

，氮化镓提供零反向複原損耗
，在三種技術中達到最低的整體開關能量損耗 – 比同類 SiC MOSFET 低 50% 以上。這主要是因為氮化镓具有更高的開關速度能力（100 V/ns 或更高）、更低的寄生輸出電容和零反向複原。氮化镓 FET 中沒有本體二極管，因此完全沒有直通的風險。

TI 最近與Vertiv合作進行設計
，協助該公司的3.5 kW整流器達到98%的峰值效率，相較於上一代矽 3.5 kW 整流器的 96.3% 峰值效率
，達到1.7%的效率增益。若要將這種效率效益外推到實際的例證，使用采用氮化镓的圖騰柱PFC有助於100 MW數據中心在 10 年內節省多達1490萬美元的能源成本，以及減少二氧化碳排放量的額外效益。

TI 氮化镓中沒有反向複原損耗、輸出電容減少和重迭損耗，因此Delta Electronics中的 PFC 能夠在數據中心的節能服務器電源中達到高達 99.2% 的峰值效率。TI 氮化镓 FET 內部的整合閘極驅動器允許 FET 達到高達 150 V/ns 的開關速度，因而降低高開關頻率下的整體損耗，而且 Delta 能夠達到 80% 的功率密度改善，同時將效率提高 1%。

氮化镓技術在圖騰柱 PFC 設(she)計(ji)中(zhong)展(zhan)現(xian)的(de)效(xiao)益(yi)顯(xian)而(er)易(yi)見(jian)。隨(sui)著(zhe)愈(yu)來(lai)愈(yu)多(duo)的(de)電(dian)源(yuan)單(dan)元(yuan)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)改(gai)采(cai)氮(dan)化(hua)镓(jia)
，而(er)且(qie)隨(sui)著(zhe)氮(dan)化(hua)镓(jia)製(zhi)造(zao)商(shang)發(fa)布(bu)創(chuang)新(xin)產(chan)品(pin)，電(dian)信(xin)和(he)服(fu)務(wu)器(qi)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)有(you)望(wang)持(chi)續(xu)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)和(he)能(neng)效(xiao)。

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