近幾年，在電力電子領(lǐng)域，以SiC和GaN為代表的寬禁帶半導(dǎo)體很熱。各大科技媒體爭相報(bào)道它們有這樣那樣的好處，例如SiC耐高電壓和高溫；GaN的開關(guān)頻率很快，可以縮小變壓器尺寸，從而實(shí)現(xiàn)小體積。同時(shí)，它們還有一個(gè)很大的特點(diǎn)，就是高效率——可以輕松滿足業(yè)界所提出的最新能效要求。

前不久，EDN從英飛凌打聽到他們家新推出了一款SiC評(píng)估板。于是不假思索地向他們提出，能不能拿塊過來做個(gè)評(píng)測(cè)，看看效率是否有聲稱的那么好。英飛凌很爽快地答應(yīng)了這個(gè)請(qǐng)求；一周后EDN就順利地拿到了板子（如下），在此首先表示感謝！

然而，當(dāng)拿到評(píng)估板，根據(jù)產(chǎn)品名稱“3300W CCM bi-directional totem pole PFC”查詢到應(yīng)用筆記后，EDN傻了眼，這塊板子評(píng)測(cè)起來至少需要用到交流電源、直流電子負(fù)載、功率分析儀/萬用表、示波器和熱像儀等五種儀器。不得已，只好再次聯(lián)系英飛凌，看他們深圳辦公室的實(shí)驗(yàn)室是否能夠能向EDN開放。 該公司在了解到我們的需求后，表示這些東西他們家應(yīng)有盡有，于是又一次答應(yīng)了我們的請(qǐng)求，并且還很貼心地給我們配備了一名技術(shù)專家——宋清亮（Owen），來協(xié)助我們完成評(píng)測(cè)，在此再次表示感謝！ 在敲定好拜訪時(shí)間后，EDN拿著板子來到了英飛凌在深圳的辦公室。以下是評(píng)測(cè)視頻。

1SiC評(píng)估板里的主要子電路和元器件

首先來看一下這款評(píng)估板里所包含的主要子電路和關(guān)鍵元器件。

電路板布局包括：右上角是EMI濾波電路，它包含幾顆共模電感、安規(guī)電容（X和Y）、NTC熱敏電阻，以及交流電輸入接線端子、保險(xiǎn)絲和繼電器。左上角的兩塊子電路板分別是偏置板（輔助電源）和控制板：偏置板是一塊準(zhǔn)諧振反激式開關(guān)電源，用來為風(fēng)扇、MOS管柵極驅(qū)動(dòng)和控制電路供電；控制板則用來實(shí)現(xiàn)電壓、電流和極性檢測(cè)，以及確保無橋圖騰柱拓?fù)淠軌蛘_工作。

剩余的部分就是無橋圖騰柱本身了。它包括PFC扼流圈、大電解電容，以及貼在散熱器兩邊的分別兩顆SiC和Si MOS管。 宋清亮告訴EDN，前兩天他也正好拿到相同的板子，對(duì)它進(jìn)行了測(cè)試。他補(bǔ)充說，這個(gè)電路板是一級(jí)PFC，效率達(dá)99%。由于采用了SiC MOSFET作為功率開關(guān)，因此使用了電流連續(xù)模式（CCM）圖騰柱無橋PFC拓?fù)?。這里需要說明的是：由于CCM圖騰柱拓?fù)湓诿總€(gè)開關(guān)周期內(nèi)續(xù)流管的體二極管都要經(jīng)歷硬換流（二極管在導(dǎo)通過程中由于被突然施加反壓而強(qiáng)制關(guān)斷），因此傳統(tǒng)硅MOSFET是無法可靠應(yīng)用于該拓?fù)涞摹? 由于只有一級(jí)PFC電路，因此我們主要可以測(cè)的指標(biāo)有效率、功率因數(shù)和發(fā)熱。

2各負(fù)載點(diǎn)下的效率

首先來看效率——這塊板子的滿載輸出功率為3.3kW，半載時(shí)可達(dá)最大效率。這里可以用功率分析儀或萬用表來測(cè)，為了方便，我們選用功率分析儀來測(cè)。我們從0.5A輸出電流（0.2kW輸出功率）開始成倍數(shù)地增加負(fù)載（詳細(xì)測(cè)試請(qǐng)見視頻）。

7.5A（3kW）時(shí)的效率 隨后，宋清亮把測(cè)試過的效率數(shù)據(jù)分享給了EDN，如下圖所示。兩條曲線的數(shù)據(jù)分別來自功率分析儀和萬用表。他告訴EDN，測(cè)試儀器有一定誤差，這里萬用表的精度比功率分析儀要高，所以曲線偏上。由此可見，在半載情況下，這塊電路板確實(shí)能夠達(dá)到99%以上的效率。

3功率因數(shù)

下面來用示波器測(cè)功率因數(shù)（詳細(xì)測(cè)試過程請(qǐng)見視頻）。順便提一下，由于采用圖騰柱無橋PFC拓?fù)?，電流可以雙向流動(dòng)，因此有整流器（PFC）和逆變器兩種工作模式選擇（雙向），這也是圖騰柱拓?fù)渌逃械奶匦浴? 在電流值比較小時(shí)，電流和電壓的相位關(guān)系還算不錯(cuò)，但電流波形不太漂亮。隨著負(fù)載加大，電流的正弦性得到改善，功率因數(shù)也就得到提高。

4發(fā) 熱

最后再來看發(fā)熱情況。我們把風(fēng)扇去掉，讓板子在滿載情況下持續(xù)工作，大約20分鐘后，溫度達(dá)到最大值。

宋清亮告訴EDN，相比Si和GaN來說，SiC耐高溫性能更好，其Rds(on)隨溫度變化更小，因此在發(fā)熱測(cè)試中所受到的效率損失很小。 SiC的頻率確實(shí)做不到GaN那么高，因此沒有體積上的優(yōu)勢(shì)。但是，它的特性（易用性）最像IGBT，并且不存在IGBT那樣的拖尾電流現(xiàn)象。同時(shí)，SiC MOSFET由于開啟門限電壓較高（~4V），并且在關(guān)斷過程中由于漏極電壓變化引起的dv/dt 在柵極上所引起的感應(yīng)電壓很低，因此采用SiC MOSFET不需要采用負(fù)壓關(guān)斷，也就不需要在變壓器上多繞一個(gè)線圈來提供負(fù)壓，可以節(jié)省成本，這是工程師最喜歡的。此外，IGBT達(dá)不到這么高的效率，這就是SiC的優(yōu)勢(shì)。

另外，他補(bǔ)充道，實(shí)際應(yīng)用的電路板也不一定要做到這么大。比如，這里有四顆電解電容，是為了滿足掉電保持時(shí)間的要求而設(shè)置的——如果沒有這方面要求，只要用到兩顆就夠了。

又比如，通常來說，PFC電路是AC/DC電源的第一級(jí)，其后往往還有一級(jí)隔離的DC-DC電源，因此在實(shí)際產(chǎn)品中，PFC的輸出是不需要有共模電感的。這塊評(píng)估板為了測(cè)試EMI的性能，在輸出增加了共模電感，這就增加了尺寸和降低了效率（共模電感也有功耗）。

總之，對(duì)于AC/DC電源，如果采用CCM圖騰柱拓?fù)浜蚐iC MOSFET，其PFC級(jí)可以實(shí)現(xiàn)比評(píng)估板還要高的效率和功率密度。
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