为计算应用中的功率因数校正电路选择MOSFET(上)

     功率因数校正 (PFC) 是输入功率不低于75 W的AC-DC转换器的一项强制要求。在某些消费应用（如LED照明） 中，要求在低至5 W的功率下进行某些形式的PFC。在低功 率下，可使用为控制线路频率而设计的无源元件实现校正目 的。但在高功率下，无源解决方案
会变得相当“笨重”而昂 贵；使用高开关频率有源器件可减小所需无源元件的尺寸。 有源PFC的标准实现方式是输入整流器后跟升压转换 器。尽管新式拓扑正逐渐获得接受，但升压PFC仍然是主要解决方案，本文将对其进行进一步研究。

表1  80 Plus效率和PFC认证标准。
在服务器和计算机电源中，PFC只是众多要求的一个方面。另外还存在通称为80 Plus的其他要求，其中包括从 Standard 80 Plus直至Titanium 80 Plus的不同系统效率等级，如 表1所示。从系统效率方面的这些严格规范可以看出，为应 用选择最佳器件甚至对
经验丰富的设计工程师也显然是个挑 战。最终标准当然是系统的实际性能。但由于目前市场上 具有多种不同电压和封装的MOSFET可供选择，所以通过实 验来评估所有器件是不切实际的，因为具有代表性的样本 可能过于庞大。有些设计工程师简单地从既 定可选产品中选择RDSON最低的器件，但 这总是导致昂贵和非最理想的解决方案。其 他许多设计工程师则依赖所谓的品质因数(FOM)。
传统的FOM一直是RDSON x QG之积，这 保证了导通损耗与开关损耗之间的平衡。有 人通过使用其他参数（如MOSFET的QGD或 QOSS而非QG）或在等式中添加其他项提出了 FOM的若干变体。遗憾的是，常规FOM的提出都不是为 了预测设计工程师所看重的实际性能。等式 中没有代表工作条件的项，如开关频率、栅 极驱动，乃至输出电流或功率。而且，任何开关器件的总损耗都是导通损耗和开关损

(a)

(b)
图1  基础PFC升压电路 (a) 及其临界和连续模式 (b) 的简化 PFC 波形

的器件参数化数据、电路参数知识和复杂的数学方程式。但我们在这里的目的不是进行高精度的损耗计算，而是使这种 计算方法易于为大多数设计工程师使用，使他们能够通过比 较少量的器件参数来选择最佳器件。升压FPC的基础电路及其标准波形如图1所示。这里， 我们在工作模式上选择连续电流模式 (CCM)。分析涵盖的 功率范围为100 W（笔记本电脑交流-直流电源适配器的典型 值）至500 W（台式机“银盒”电源的典型值）。对于任何应用中的功率MOSFET，其各项损耗如下所列：