為計算應用中的功率因數校正電路選擇MOSFET(上)

     功率因數校正 (PFC) 是輸入功率不低于75 W的AC-DC轉換器的一項強制要求。在某些消費應用（如LED照明） 中，要求在低至5 W的功率下進(jìn)行某些形式的PFC。在低功 率下，可使用為控制線(xiàn)路頻率而設計的無(wú)源元件實(shí)現校正目 的。但在高功率下，無(wú)源解決方案
會(huì )變得相當“笨重”而昂 貴；使用高開(kāi)關(guān)頻率有源器件可減小所需無(wú)源元件的尺寸。 有源PFC的標準實(shí)現方式是輸入整流器后跟升壓轉換 器。盡管新式拓撲正逐漸獲得接受，但升壓PFC仍然是主要解決方案，本文將對其進(jìn)行進(jìn)一步研究。

表1  80 Plus效率和PFC認證標準。
在服務(wù)器和計算機電源中，PFC只是眾多要求的一個(gè)方面。另外還存在通稱(chēng)為80 Plus的其他要求，其中包括從 Standard 80 Plus直至Titanium 80 Plus的不同系統效率等級，如 表1所示。從系統效率方面的這些嚴格規范可以看出，為應 用選擇最佳器件甚至對
經(jīng)驗豐富的設計工程師也顯然是個(gè)挑 戰。最終標準當然是系統的實(shí)際性能。但由于目前市場(chǎng)上 具有多種不同電壓和封裝的MOSFET可供選擇，所以通過(guò)實(shí) 驗來(lái)評估所有器件是不切實(shí)際的，因為具有代表性的樣本 可能過(guò)于龐大。有些設計工程師簡(jiǎn)單地從既 定可選產(chǎn)品中選擇RDSON最低的器件，但 這總是導致昂貴和非最理想的解決方案。其 他許多設計工程師則依賴(lài)所謂的品質(zhì)因數(FOM)。
傳統的FOM一直是RDSON x QG之積，這 保證了導通損耗與開(kāi)關(guān)損耗之間的平衡。有 人通過(guò)使用其他參數（如MOSFET的QGD或 QOSS而非QG）或在等式中添加其他項提出了 FOM的若干變體。遺憾的是，常規FOM的提出都不是為 了預測設計工程師所看重的實(shí)際性能。等式 中沒(méi)有代表工作條件的項，如開(kāi)關(guān)頻率、柵 極驅動(dòng)，乃至輸出電流或功率。而且，任何開(kāi)關(guān)器件的總損耗都是導通損耗和開(kāi)關(guān)損

(a)

(b)
圖1  基礎PFC升壓電路 (a) 及其臨界和連續模式 (b) 的簡(jiǎn)化 PFC 波形

的器件參數化數據、電路參數知識和復雜的數學(xué)方程式。但我們在這里的目的不是進(jìn)行高精度的損耗計算，而是使這種 計算方法易于為大多數設計工程師使用，使他們能夠通過(guò)比 較少量的器件參數來(lái)選擇最佳器件。升壓FPC的基礎電路及其標準波形如圖1所示。這里， 我們在工作模式上選擇連續電流模式 (CCM)。分析涵蓋的 功率范圍為100 W（筆記本電腦交流-直流電源適配器的典型 值）至500 W（臺式機“銀盒”電源的典型值）。對于任何應用中的功率MOSFET，其各項損耗如下所列：