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10 Trend Guide Leistungshalbleiter 2022 www markttechnik de Fokus Vergleich verschiedener PFC-Topologien Bringt Totem Pole wirklich was? Durch die Wide-Bandgap-Halbleiter wie SiC und GaN lässt sich nun auch die Totem-Pole-PFC praktisch nutzen Aber bringt sie gegenüber der klassischen Boost-Topologie wirklich Vorteile? Grund genug die verschiedenen PFC-Topologien simulationsgestützt zu vergleichen Von Tomas Hudson Applications Engineer und Cristian Pineda Senior Applications Engineer bei Monolithic Power Systems Da immer mehr Geräte elektrisch betrieben werden kann die zunehmende Netzverzerrung zu Problemen im Stromversorgungsnetz führen Um dieses Problem zu entschärfen brauchen Netzteile eine moderne Leistungsfaktor-Korrektur Power Factor Correction PFC um die Anforderungen für den Leistungsfaktor zu erfüllen die in IEC 61000-3-2 niedergelegt sind Als Topologie für die PFC-Stufe kommt heute meist die Boost-PFC zum Einsatz aber mit der Einführung von Wide-Bandgap-Halbleitern WBG aus Galliumnitrid GaN und Siliziumkarbid SiC lassen sich nun auch brückenlose Topologien wie die Totem-Pole-PFC implementieren Darüber hinaus lassen sich mit modernen Totem-Pole-Controllern wie dem MPF32010 von Monolithic Power Systems auch komplexe Designs wie die Interleaved-Totem-Pole-PFC einfacher ansteuern In diesem Artikel werden diese drei Topologien bei unterschiedlichen Anwendungen miteinander verglichen Die Interleaved-Boost-PFC ist die gängigste Topologie für die Leistungsfaktor-Korrektur Dabei wird zusätzlich zu der gleichrichtenden Diodenbrücke ein Hochsetzsteller Boost Converter verwendet Bild 1 Der Hochsetzsteller regelt gleichgerichtete Wechselspannung auf eine höhere Gleichspannung beispielsweise konstant 400 V Dadurch reduziert sich die Welligkeit der Ausgangsspannung während der Strom zu einer Sinuswelle geformt wird Der Leistungsfaktor lässt sich mit einem einzigen Hochsetzsteller korrigieren aber häufig werden zwei oder mehrere solcher Regler parallelgeschaltet wobei die Phasen zueinander versetzt sind Dies wird als Interleaving Verschachtelung bezeichnet was den Wirkungsgrad verbessert und die Eingangsstromwelligkeit reduziert Totem-Pole-Topologien Die Wide-Bandgap-Halbleitermaterialien haben Schaltungskonzepte praktisch umsetzbar gemacht die zuvor durch die thermischen und elektrischen Eigenschaften von siliziumbasierten Halbleitern limitiert waren Eines dieser Designs ist die brückenlose Totem-Pole-Topologie die eine Gleichrichtung mit einer Hochsetzsteller-Stufe kombiniert und zwei Schaltzweige verwendet die mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten Bild 2 Der erste Zweig der sogenannte langsame Zweig bestehend aus SD1 und SD2 kommutiert mit der Netzfrequenz z Bzwischen 50 Hz und 60 Hz Dieser Zweig verwendet herkömmliche Siliziumschalter und ist hauptsächlich für die Gleichrichtung der Eingangsspannung zuständig Der zweite Zweig der sogenannte schnelle Zweig bestehend aus Q1 und Q2 formt den Strom und erhöht die Bild 1 Schaltplan der Interleaved-Boost-PFC Bil de r Mon ol ith ic Pow er Sys te m s Bild 2 Schaltplan einer brückenlosen Totem-Pole-PFC