用于單相輸入交流系統的簡單功率因數校正(PFC)拓撲結構(圖1)是個傳統的單通道升壓轉換器。該方案包含一個用于輸入交流整流的二極管全橋和一個PFC控制器，以增加負載的功率因數，從而提高能效并減少施加在交流輸入電源上的諧波。這種流行的PFC升壓拓撲的優點是設計簡單，實施成本低且性能可靠。然而，二極管橋式整流器的導通損耗是不可避免的，且這將不支持車輛向AC電網提供電能的雙向運行。采用多通道交錯式傳統升壓轉換器，對升壓電路進行多次迭代，可改善某些系統性能參數，但并不能省去輸入二極管橋。

圖一：傳統的PFC

　　仿真數據(圖2)表面，在PFC塊中，輸入二極管橋的功率損耗比其他所有元器件損耗都要大。

圖2： PFC中的功率損耗分布

　　為了提高OBC系統的能效，人們研究了不同的PFC拓撲結構，包括傳統PFC、半無橋PFC、雙向無橋PFC和圖騰柱無橋PFC。其中，圖騰柱PFC(圖3)由于減少了元器件數量，降低了導通損耗，且能效高，因而廣受歡迎。

圖3：無橋圖騰柱PFC

　　傳統的硅(Si) MOSFET很難在圖騰柱PFC拓撲中的連續導通模式(CCM)下工作，因為體二極管的反向恢復特性很差。碳化硅(SiC) MOSFET采用全新的技術，比Si MOSFET具有更勝一籌的開關性能、極小的反向恢復時間、低導通電阻RDS(on)和更高的可靠性。此外，緊湊的芯片尺寸確保了器件的低電容和低門極電荷(QG)。

　　設計OBC的另一個挑戰是，車輛中分配給模塊的空間有限。在功率要求和電池電壓不斷提高的同時，設計既能滿足機械尺寸要求又能提供所需輸出功率的OBC變得越來越困難。使用當前用于OBC的技術，工程師們不得不在功率、尺寸和能效之間進行權衡，而SiC正在突破這些設計障礙。工程師使用具有更高開關頻率的SiC，可使用更小的電感器，仍能達到以前相同的電感器紋波電流要求。

　　在OBC系統中使用SiC MOSFET的好處是能夠以更高的頻率進行開關，功率密度更高，能效更高，EMI性能得到改善以及系統尺寸減小。如今，SiC已廣泛使用，工程師可在設計中使用圖騰柱PFC來提高性能。

　　安森美半導體方案中心最新發布的采用6.6 kW圖騰柱PFC的OBC評估板為多通道交錯式無橋圖騰柱PFC拓撲提供了參考設計。該設計在每個高速支路包括一個隔離的高電流、高能效IGBT驅動器(NCV57000DWR2G)和兩個高性能SiC MOSFET (NVHL060N090SC1)。此外，低速支路采用兩個由單片高邊和低邊門極驅動器IC (FAN7191_F085) 控制的650 V N溝道功率MOSFETSUPERFET III (NVHL025N65S3)。

圖4： 6.6 kW交錯式圖騰柱PFC評估板

　　在圖騰柱拓撲結構中采用這些高性能SiC MOSFET配置，系統能效達到97% (典型值)。該設計包括硬件過流保護(OCP)、硬件過壓保護(OVP)和輔助配電系統(非隔離)，可為PFC板和控制板上的每個電路供電，而無需其它直流源。靈活的控制接口可適應各種控制板。

　圖5： 6.6 kW交錯式圖騰柱PFC評估板框圖