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的功率下進行某些形式的PFC。在低功 率下，可使用為控制線路頻率而設計的無源元件實現校正目 的。但在高功率下，無源解決方案
會變得相當“笨重”而昂 貴；使用高開關頻率有源器件可減小所需無源元件的尺寸。 有源PFC的標準實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，本文將對其進行進一步研究。

表1  80 Plus效率和PFC認證標準。
在服務器和計算機電源中，PFC只是眾多要求的一個方面。另外還存在通稱為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
經驗豐富的設計工程師也顯然是個挑 戰。最終標準當然是系統的實際性能。但由于目前市場上 具有多種不同電壓和封裝的MOSFET可供選擇，所以通過實 驗來評估所有器件是不切實際的，因為具有代表性的樣本 可能過于龐大。有些設計工程師簡單地從既 定可選產品中選擇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所謂的品質因數(FOM)。
傳統的FOM一直是RDSON x QG之積，這 保證了導通損耗與開關損耗之間的平衡。有 人通過使用其他參數（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際性能。等式 中沒有代表工作條件的項，如開關頻率、柵 極驅動，乃至輸出電流或功率。而且，任何開關器件的總損耗都是導通損耗和開關損

(a)

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

的器件參數化數據、電路參數知識和復雜的數學方程式。但我們在這里的目的不是進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，使他們能夠通過比 較少量的器件參數來選擇最佳器件。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：