透過拓撲創新獲得最大功率密度

除了元件級創新外，拓撲創新也可協助您簡化高壓系統的電源轉換。AC/DC 整流器是有關寬能隙技術如何提升知名拓撲的絕佳範例，可提升功率密度並減輕設計重量。以往工程師是使用附帶電容器的橋接二極體整流器將 AC 電壓整流爲 DC 電壓，如 圖 7 所示。

此類整流器的功率因數一般低於 0.5，視輸出電容器和負載的總阻抗而定。這並不具有能源效率，因為這類設計會產生太多未使用的功率 (無功功率)。

為解決低功率因數問題，工程師提出有功功率因數校正 (PFC) 電路。圖 8 顯示升壓 PFC 電路，通常採用通用 AC 電壓 (90 V_AC 至 264 V_AC)，並在輸出時將電壓升壓至調節的 400-V 電壓。透過輸入電壓感測，控制器會調節電感器電流，並遵循 AC 正弦形狀，以獲得幾乎均一的功率因數 (0.99)。

這種升壓 PFC 整流器類型能夠以超接面矽晶 MOSFET 和 SiC 二極體實現真正的高效率 (>98%)。

在千瓦等級高壓系統中，PFC 整流器升壓中的全橋式二極體整流器消耗了超過 1% 的整體效率損失。舉例來說，2-kW 整流器的全橋式二極體整流器損耗預期超過 20-W。從單一裝置消散 20-W 損耗非常困難。為了減少全橋式二極體整流器的損耗，圖 9 中顯示的圖騰柱免橋接 PFC 是較佳的替代方案。由於整流器功能與升壓轉換器整合，且只有兩個額外的 MOSFET (而非四個二極體)，因此總整流器損耗 (附帶兩個低頻 FET) 遠低於原始橋接整流器範例。

持續傳導模式 (CCM) 圖騰柱免橋接的 PFC 是一種廣泛應用在高壓整流器中的硬切換轉換器。因此，如果在圖騰柱免橋接的 PFC 上套用矽晶 MOSFET，矽晶 MOSFET 將遭受 Q_{rr 所造成的高切換損失}。如 圖 10 中所示，在左上方 MOSFET 本體二極體電流傳導之後，Q_rr 將產生反向復原電流，以便在左半橋的失效時間爲左下側 MOSFET C_oss 充電。左下方 MOSFET 開啟後，Q_rr感應的能源會消散到左下方的 MOSFET。Q_rr相關損失會攝入全橋式二極體整流器上的損失降低。

寬能隙 FET 的存在於大多數情況下，可運用全新圖騰柱免橋接的 PFC 拓撲協助解決 Q_rr 相關損耗問題。SiC MOSFET 可實現比具有相同導通電阻電平的超接面 MOSFET 小 20 倍的 Q_rr，而 GaN FET 則可實現零 Q_rr。在整流器範例中結合元件與拓撲創新 (換句話說，套用寬能隙 FET 與圖騰柱免橋接的 PFC) 時，可達成 99% 以上的效率 (改善 >1% 的效率)，在設計中發揮更高的功率密度和更輕的重量。