トーテムポールPFC（TP-PFC）

トーテムポールPFCとSJ-MOSFETの進化

**トーテムポールPFC（TP-PFC）**は、従来のブリッジダイオードを用いたPFC回路に比べ、ダイオードによる電圧降下損失を極限まで減らせる「ブリッジレスPFC」の代表格です。

2026年現在の高効率電源設計（80 PLUS Titanium等）において、この回路とスーパージャンクション（SJ）MOSFET、あるいは次世代の**GaN（窒化ガリウム）**の組み合わせは非常に重要なトピックです。

1. トーテムポールPFCの基本構造

回路は大きく「高速スイッチング脚（High-frequency leg）」と「商用周波数脚（Low-frequency leg）」の2つで構成されます。

• 高速スイッチング脚: 入力電流を制御するため、高周波（数十kHz〜数百kHz）で動作します。

• 商用周波数脚: 電源電圧の正負（50/60Hz）に合わせて整流の向きを切り替えます。

2. SJ-MOSFET（CoolMOS / PrestoMOS）を適用する際の課題

トーテムポールPFCには「CCM（連続モード）」と「CrM/TCM（臨界/遷移モード）」の2つの制御方式がありますが、SJ-MOSFETを使用する場合は特に注意が必要です。

最大の難関：ボディダイオードのリカバリ

CCM（連続モード）で動作させる場合、高速スイッチング脚のMOSFETは「ハードスイッチング」となります。

• SJ-MOSFETの問題: SJ構造の寄生ダイオードは、リカバリ電流 (Q_rr) が非常に大きく、ハードスイッチングで使用すると膨大な損失が発生し、最悪の場合は素子が破壊されます。

• 解決策: * GaN / SiC の採用: リカバリ損失がほぼゼロなため、CCMではこれらが主役です。

  • SJ-MOSFETの活用（CrM方式）: 電流がゼロになるタイミングでスイッチングする「臨界モード（CrM）」であれば、SJ-MOSFETでも低損失に運用可能です。

CoolMOS™ と PrestoMOS™ の使い分け

• CoolMOS™ (CFD7/8等): ボディダイオードを強化した「高速リカバリ版」であれば、CrM方式のトーテムポールPFCにおいて、軽負荷から定格まで非常に高い効率を実現できます。特に $Q_g$ の低さが制御の応答性に寄与します。

• PrestoMOS™: モーター駆動だけでなく、小型のPFC電源にも適しています。特に「ダイオードのソフトリカバリ特性」により、スイッチング時のノイズ（EMI）が抑えやすいため、民生品での設計難度を下げてくれます。

3. 最新の設計トレンド（2026年）

最近では、SJ-MOSFETの低コスト性と、ワイドバンドギャップ半導体（GaN/SiC）の高効率性をハイブリッドに活用する設計が増えています。

1. 商用周波数脚（低速側）への採用: 低速側はスイッチング損失が無視できるため、オン抵抗が圧倒的に低い CoolMOS™ を配置し、導通損失を最小化するのが定石です。

2. マルチフェーズ化: SJ-MOSFETを使いつつ大電力を扱うため、複数のPFC回路を並列に動かし、位相をずらすことでリプルを打ち消す手法が主流です。

3. GaNとの「棲み分け」: * 〜1kW程度: コスト重視でSJ-MOSFET（CrM制御）。

   • 1kW超・高密度: 小型化とCCM動作を優先しGaN。

まとめ：トーテムポールPFCでの選択基準

回路の設計において、**「ピーク効率を狙いたい（Titanium認証など）」のか、「コストとノイズのバランスを取りたい」**のか、どちらの優先度が高いでしょうか？それによって推奨される制御ICやMOSFETのグレードが変わってきます。