适用于车载充电器的图腾柱 PFC 和 CLLLC 拓扑

图 2 显示了一个 3.3kW 的 OBC，其中，OBC PFC 有一个图腾柱 PFC 级，而 OBC 直流/直流转换器有一个电容-电感-电感-电感-电容 (CLLLC) 级。图腾柱无桥 PFC 通过减少电流路径中功率器件的数量来提高效率，同时实现双向操作（与传统基于桥的 PFC 相比）。由于硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管中固有的体二极管在硬开关条件下容易受到高反向恢复损耗的影响，因此，图腾柱无桥 PFC 的实现以前仅限于较低的功率等级。由于其结构中没有这样的体二极管，通过采用 GaN 功率开关（如德州仪器 (TI) 公司的 LMG3410R050），现在已可以实现多千瓦图腾柱无桥 PFC 电源。由于 GaN 器件具有低输出电容 (Coss) 特性，因此可以在高频（100kHz 到 200kHz）下工作，进而允许使用更小的电感器，并缩小图腾柱 PFC 转换器所需的无源器件的尺寸。

然而，在死区时间，GaN 开关中的第三象限操作会导致额外损耗，实时 MCU 需要通过精确调节死区时间来优化这些损耗。C2000 实时 MCU 4 类 PWM 支持高分辨率死区时间等功能，可将死区调节到 150ps 的分辨率。以 100khz 图腾柱 PFC 为例，采用死区时间优化后的损耗节省为 1W。由于设计人员通过将开关频率提高到 1MHz 并采用临界模式 PFC 等控制技术进一步减小了电感器尺寸，因此可以节省高达 10W 的功率损耗，从而使第三象限损耗的优化成为一个关键特性，对于这一点，可以在需要时精确且准确地控制死区时间。