大联大世平携手onsemi 解密3kW高功率密度SiC图腾柱PFC电源方案

随着AI运算需求快速成长及全球能源转型加速，电源架构的重要性日益提升。为此，全球领先半导体零组件代理商大联大控股旗下世平集团携手安森美（onsemi）举办「3kW高功率密度图腾柱PFC＋次级稳压LLC电源架构」研讨会，深入解析如何运用SiC MOSFET、高频LLC、同步整流及高端控制器等关键技术，打造兼具高效率、高功率密度与低电磁干扰（EMI）的新一代AC/DC电源系统。

为满足AI服务器、5G电信基站及高端工业设备对功率密度与转换效率的需求，大联大世平携手安森美推出「基于NCP1681与NCP4390的SiC图腾柱PFC方案」，成功突破高频运作与高损耗之间的设计限制，在280mm × 110mm × 38mm的精巧尺寸内，实现3kW输出（42W/in³）及98.4%的峰值转换效率，为新一代电源架构提供全新的设计方向。

大联大世平集团／onsemi产线华南技术支持团队专员刘春让表示，图腾柱（Totem Pole）拓扑透过移除传统输入整流桥，将导通损耗由二极管固定正向压降转换为MOSFET导通电阻损耗，在3kW输出条件下，可将导通损耗降低超过70%。

在控制架构方面，本方案前级采用NCP1681图腾柱PFC专用数码控制器，整合交流（AC）线路电压监测、电流重建及数码补偿引擎，支持CCM固定频率与Multi-Mode两种运作模式，并透过ZCD过零侦测及CS电流斜率侦测，实现精准的功率因数校正（PFC）。此外，PFCOK接脚亦提供系统层级的启用连锁（Enable Interlock）功能。

后级控制则采用NCP4390作为核心控制器，透过次级侧稳压架构，直接于48V输出端进行闭回路控制，有效消除传统一次侧控制光耦合器（Optocoupler）的传输延迟，使瞬态响应速度提升一个数量级。

此外，其电荷电流控制（Charge Current Control）以开关电流时间积分取代传统峰值电流模式或电压模式控制，形成单极点转移函数特性，不仅大幅简化控制回路补偿设计，并提供快速的负载瞬态响应能力，以及内建的线路电压前馈（Line Feed-Forward）功能。

快速桥臂采用650V SiC MOSFET（型号NTH4L032N065M3S）作为150kHz高频开关元件。SiC元件具备低闸极电荷（Qg）与低输出电容（Coss）特性，可将开关损耗降至传统矽基元件的三分之一，成为支持高频运行的重要基础。

慢速桥臂则采用超接面MOSFET（型号FCH023N065S3L4），仅需于50Hz或60Hz工频下进行换向，开关损耗几乎可以忽略，并利用超结MOSFET的低导通电阻（Rdson）特性，有效降低导通损耗，同时兼顾成本效益。

在系统整合方面，NCP1681与NCP4390透过PFCOK光耦合信号建立四阶段启动时序，实现从母线稳压到隔离输出的完整启动控制机制。搭配NCP4390整合的OCP双重过电流保护、OSP输出短路保护及NON-ZVS非零电压切换（Non-Zero Voltage Switching）预防等多项工业级保护机制，可确保系统在全负载及宽温度范围内维持稳定运作。

大联大世平集团深圳应用技术处总监郑保夏指出，针对高频电源设计所面临的电磁干扰／电磁兼容性（EMI/EMC）挑战，本方案涵盖从干扰源、传播路径、滤波抑制到测试验证的完整设计方法。EMI／EMC设计是一项系统性工程，必须从电路拓扑、零组件选型、PCB布局、滤波设计、屏蔽与接地，以及测试验证等面向进行整体考量，并透过反覆测试与最佳化，才能兼顾法规要求、产品效能、成本与可靠度。

郑保夏也进一步分享「基于NCP1681与NCP4390的SiC图腾柱PFC方案」的滤波设计策略。在差模杂讯方面，主要干扰存在于火线与中性线之间，因此设计时须合理设定滤波器截止频率（远低于150kHz）、最佳化X电容配置并避免电容值过大，同时评估LC共振峰值，必要时加入阻尼元件进行抑制；至于共模杂讯则经火线、中性线与接地之间的寄生电容耦合，因此须妥善配置共模电感与Y电容，在电磁兼容性与安全漏电流之间取得最佳平衡。

在系统除错与验证阶段，则需针对150kHz至30MHz全频段进行LISN（Line Impedance Stabilization Network）扫描测试，重点检查LLC／PFC开关谐波、旁带信号及宽频dv/dt杂讯，并依据量测结果持续调整滤波器参数、热回路布局及屏蔽与接地设计，最终使产品于全频段皆符合相关法规要求，并保留足够的设计裕度。

从图腾柱拓扑创新到EMI系统化设计，本次研讨会为工程师提供完整的高功率密度电源设计参考。未来，大联大世平将持续携手安森美等合作夥伴，以高效能、高可靠度的电源解决方案，协助推动绿色运算基础设施的永续发展。

「3kW高功率密度图腾柱PFC＋次级稳压LLC电源架构」研讨会全程透过大联大旗下「世平大大芯」平台直播，如要更深入了解3kW SiC图腾柱PFC高功率密度电源架构的设计与应用，欢迎至「世平大大芯」平台回看完整研讨会内容。