三相维也纳PFC电路的功率回路设计

典型的设计规格如图下表1所示，  

从上述表格中，我们得知输入电压是典型值线电压为400V RMS电压的规格的50Hz工频电压，考虑到经过三相整流后的直流电压为780V附近，在强制风冷的条件下可以实现20kW下较高的效率。  

在实现高效率的过程中，必然涉及到和PCB layout相关的一个话题，那就是功率回路的设计，由于采用SiC器件来作为功率开关，为充分发挥SiC器件的高频优势，我们使得电路的开关频率可以提高到140kHz这么高，因此快速开关的SiC MOSFET会在功率回路中产生快速变化的电磁场。基于一般的电学知识，我们了解功率回路越大，则回路中寄生线路电感L越大，在快速的di/dt下，功率开关关断时会在漏极产生较大的电压应力，我们有必要减小这个寄生电感来减小开关电压应力，进而减小开关损耗，同时减小电磁场的发射，以此改善电路的EMC特性。

对于三相维也纳PFC来说，以a相为例，由于交流电施加在相电感上，所以流过电感的电流可以是正的，即从左到右，也有可能是从右到左，二极管具有单相导电性，因此两种情况分别对应二极管相半桥的上管导通，和下管导通这两种状态。  

如图5所示中，由于三相维也纳中SiC双向开关的存在，换流环路寄生电感比其它的三电平拓扑要大一些，例如三电平升压转换器 和NPC变换器等。根据前述讨论，大回路寄生电感会导致MOSFET 的 Vds高过冲 电压应力和高开关损耗， 设计中使用分立式 TO-247 功率器件，二个SiC MOSFET 并联主要目的是提高额定电流能力，在给定的强制风冷散热器条件下，单排布置所有功率半导体器件是想到的常见的解决方案，然而，这种电路   Layout 的换流环路较大，如图6a所示。

相对应而言，图6b在空间排布上由一维转化为二维，改为双排layout设计后，双排排列时换流环路的长度显着减少，换流环路与单排解决方案相比减少了 25%，相应的损耗亦会减小。如图7所示为双排排列，每一相的SiC MOSFET放在散热器侧面，而SiC 整流二极管则放在散热器底部靠近SiC MOSFET.

以上就是关于三相维也纳PFC的功率电路PCB layout的关键建议。  

参考资料，Design and Implementation of Forced Air-cooled,140kHz, 20kW SiC MOSFET based Vienna PFC