使用一個主動PWM電路，該電路迫使繪制的線電流近乎連肌體系。盡管轉(zhuǎn)換階段可以采取不同的形式，但首選“增強”轉(zhuǎn)換器，因為它可以降低到低輸入的交流電壓并產(chǎn)生調(diào)節(jié)的高壓導軌，在該軌道上可以有效地存儲乘車能量。這個“ Boost PFC”階段最初采用了線橋整流器的形式并增強拓撲，圖1（左）。隨著對更好效率的需求，例如在能源之星'80 Plus'方案中，電路變得不可行，在動力列車中任何一次進行三個整流器的損失太高，尤其是在低線。提出的解決方案是“ Totem-Pole Bridgeless PFC”（TPPFC）拓撲圖1（中間），其中轉(zhuǎn)換分為兩個半波整流階段。由Q1和Q2交換函數(shù)在交流輸入的替代極性上形成的增強開關和同步二極管。 D1和D2在線頻率下進行操作，因此動態(tài)損耗微不足道，但可以用同步整流器Q3和Q4取代，如圖1（右）所述，以增加傳導損失的增量。 Q3和Q4稱為“慢”切換腿，Q1，Q2“快速”腿以高頻切換。控制是復雜的，只有有限的專用控制器，無論是模擬還是數(shù)字數(shù)字，但是通過優(yōu)化電感器和適當?shù)臒峁芾?，可以承諾良好的結(jié)果。

　　圖1。 從左到右 - 簡單的提升PFC，圖騰極PFC和完全同步版本。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　根據(jù)設備選擇的不同，有任意的低壓下降和傳導損耗，但是TTPFC電路證明在高頻和高功率下使用硅超連接MOSFET，用于快速腿。這是因為拓撲通常以高功率水平連續(xù)傳導模式（CCM）進行可管理的峰值電流。但是，這導致了“硬”切換，其中Q1和Q2的身體二極管被迫進行。隨后將它們向前偏向時，硅SJ-MOSFET的高回收能量在高開關頻率下會導致過度損失，如果頻率保持低以補償，則電感器的大小和成本是不可接受的。
　　WBG開關有望解決方案，但是…
　　寬帶隙（WBG）半導體被譽為問題的答案，而SIC的反向恢復電荷（QRR）較低，而GAN實際上沒有。但是，這些設備確實有缺點，尤其是與SI-MOSFET相比的單位成本。 SIC主體二極管很快，但仍具有恢復電荷，并且還具有高的前向電壓下降，約為3V。 SIC MOSFET仍然可能存在閾值不穩(wěn)定性問題，這些問題需要以一定的代價在制造中篩選出來，并且登機驅(qū)動器需要大約18V，才能完全增強，通常接近絕對最大評級。 GAN設備的門閾值要低得多，使其容易受到噪聲的影響，并且絕對最大門電壓僅在7V左右。柵極驅(qū)動是關鍵的，沒有門氧化物，隨著閾值超過閾值，門流流動，必須控制。 Gan Hemt細胞也沒有雪崩特性，因此過電壓意味著即時故障。
　　SIC和GAN都具有令人印象深刻的開關速度，但是在實際電路中，這使得PCB布局極為關鍵，并且必須放慢邊緣速度，以避免寄生電感的不可操縱的EMI和破壞電壓過沖。因此，使用WBG設備的TPPFC應用中的開關頻率通常為Sub100kHz，不僅是為了較低的動態(tài)損耗和提高效率，而且還將基本的基本范圍設置為CISPR22/32的150KHz下限，執(zhí)行了EMI的EMI排放限制線。由于其列出的弊端并且沒有小型電感器大小的好處，而WBG設備的MHz切換帶來了，因此由于缺乏包裝標準化而加劇了它們的吸引力?！　∵€有一種替代方法 - 像WBG解決方案一樣高效，但以較低的成本和標準的硅MOSFET效率 - 多級TTPFC（圖2）。

　　圖2。 多級圖騰孔PFC階段。圖像由Bodo的Power Systems 提供　　在此拓撲中，兩個快速FET替換為兩組四個系列硅MOSFET，對于400 V DC輸出總線，它們的額定值僅為150 V，允許使用具有非常低的抵抗力和二極管反向恢復電荷的多源零件，可以與WBG解決方案相當?？梢允褂脙山M兩組MOSFET，但每個MOSFET都需要在300 V時進行額定額定值，因此，兩個串聯(lián)連接的MOSFET形成復合設備，例如Q1和Q2一起驅(qū)動和關閉。腿中的開關分為兩組：Q1，Q2，Q7，Q8，Q8，Q4，Q4，Q5，Q6，每個組以反相驅(qū)動。當Q1和Q2打開時，Q7和Q8關閉，反之亦然。同樣，Q5和Q6的驅(qū)動信號是Q3和Q4的驅(qū)動器信號的倒置版本。驅(qū)動器信號與MOSFET Q3和Q4（類似的Q5和Q6）的時機是驅(qū)動器信號的版本，延遲到Q1和Q2（類似的Q7和Q8）延遲了一半的切換周期。輸入電流和輸出總線電壓的調(diào)節(jié)是通過將驅(qū)動器驅(qū)動到不同占空比循環(huán)的MOSFET組的相移調(diào)的同時實現(xiàn)的，例如Q1/Q2和Q3/Q4之間（圖3）。

　　圖3。 線路電流的形狀和輸出電壓調(diào)節(jié)是通過對MOSFET驅(qū)動器的相移調(diào)制而實現(xiàn)的。圖像由Bodo的Power Systems 提供
　　電感器電流圖說明了多級方法的主要優(yōu)勢 - 與常規(guī)TPPFC相比，電感器看到的頻率是兩倍，是電壓的兩倍，或者是伏特一秒鐘的四分之一，這將電感器的大小降低到四分之一左右，并帶來了成本和重量收益。通常，可以使用低成本的“ SentustTM”核心。較低的伏特產(chǎn)品產(chǎn)品還減少了差異EMI，從而進一步節(jié)省了EMI濾波器的尺寸和成本。
　　“飛行”電容器CFL保持了Q2/3和Q6/7連接之間的一半公交電壓，并且在必要時可以通過兩個其他電容器和夾具二極管來確保整個系列對之間的電壓平衡，這在正常運行中沒有消散。 Diodes D1和D2在啟動時將電流轉(zhuǎn)移到電感器上，以避免磁性飽和，從而導致高初始開關電流。
　　優(yōu)化功率半導體和驅(qū)動器
　　八個硅sosfet和孤立的門驅(qū)動器似乎令人生畏，但消散的功率散布在設備上，因此它們可能很小且表面載。例如，在3kW的設計中，它們可能只能消散2.5W，因此通?？梢栽谝粋€小的5mm x 6mm'Superso-8'套件中，并使用PCB墊作為熱量鏈接。在兩級WBG實施中，熱量集中在兩個可能需要引導的設備的熱點上，例如TO-247，例如額外的組裝成本和可靠性問題。
　　傳統(tǒng)上，門驅(qū)動器的選項包括笨重且昂貴的電路，這些電路需要隔離和隔離電源軌，通常是雙極性的。在某些方案中，Pulse Transformers可以替換Optos，但是為了獲得最佳性能，通常將其隨后是動力驅(qū)動階段。一種大幅度降低尺寸，成本和復雜性的解決方案是ICEGER的IC70001設備，其中2mm x 2mm U-DFN2020-6包裝中。該驅(qū)動程序從內(nèi)部單聲道中生成最佳的門驅(qū)動波形，并具有精確的傳播延遲，并觸發(fā)，并由外部變壓器的短脈沖啟動，并提供動力。脈沖通常只有100N的持續(xù)時間，因此變壓器很小，幾個轉(zhuǎn)彎。它們可以方便地作為轉(zhuǎn)換器PCB中的平面類型實現(xiàn)，ICERGI可以使用EE樣式4 x 7mm鐵氧體芯為合適的設計提供布局。由于MOSFET成對驅(qū)動，實際上只需要四個變壓器。到達每對門的驅(qū)動器仍然必須相互隔離，但是在單獨的繞組上可以在單個變壓器上實現(xiàn)，這可以在電子核的每個外腿上實現(xiàn)，從而實現(xiàn)了所需的隔離軌道和間隙。變壓器的小尺寸和構造也具有低隔離電容，這對于良好的DV/DT免疫所需。
　　優(yōu)化控制
　　獲得最高效率和可靠性取決于如何控制多級TPPFC階段，并且在沒有專用IC的情況下，ICERGI開發(fā)了專有的固件，可以在標準的ARM Cortex-M0微控制器上運行，具有最小的計算負載，這些固件最少，這些固件以及某些指定的外部邏輯以及所有必要的外部功能均可換算型號，并執(zhí)行所有功能。例如，與“智能”過載，過電壓和過度溫度監(jiān)測一起，該固件可以直接在啟動和瞬態(tài)條件下控制飛行電容器電壓，因此可以確保MOSFET之間的電壓平衡，并且不會超過其評分。使用現(xiàn)成的微控制器可提供供應安全性，并且可以根據(jù)需要包括額外的功能，例如“慢速”同步MOSFET門的驅(qū)動器或通過通信接口進行控制和監(jiān)視。
　　性能基準測試　　ICERGI展示了多級TPPFC方法的有效性，其柵極驅(qū)動器和控制固件在參考設計和演示板上。例如，對于具有EMI濾波和輔助電源的完整功能單元，輸入范圍為85 VAC至265 VAC的輸入范圍為85 VAC至265 VAC的版本（圖4）。該單元顯示效率在99.3％（圖5）約為99.3％（圖5），同時符合IEC/EN 61000-3-2的線路電流諧波，EN 55022/32進行了排放限，并具有10dB的邊緣。

　　圖4。 使用多級TPPFC技術，SI-MOSFET和ICERGI控制器和柵極驅(qū)動程序提供了ICERGI的3kW參考設計。圖像由Bodo的Power Systems  提供

　　圖5。 圖4中參考設計的測量效率。圖像使用的圖像由 Bodo的Power Systems 提供?！　∽鳛槊枋鲈O計方法的好處的摘要，表1使用SI SJ-MOSFET加上SIC二極管，兩級GAN解決方案和多級ICERGI解決方案進行了比較常規(guī)方法的屬性。也許最有說服力的比較是在BOM成本之間 - ICERGI分析顯示，GAN節(jié)省了33％，而SIC的可比較效率可比，包括ICERGI固件的許可費。

　　表1。TPPFC 方法之間的性能比較。圖像由Bodo的Power Systems 提供
　　ICERGI還將其支撐組件和登機口驅(qū)動器打包成各種“可插入”模塊，可以提供以評估客戶設計中技術的模塊。