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損耗分析是為計算應用中的功率因數校正電路選擇MOSFET的最佳品質(zhì)

功率因數校正(PFC)對輸入功率不低于75W的AC-DC轉換器是一項強制要求。在某些消費應用(如LED照明)中,要求在低至5W的功率下進(jìn)行某些形式的PFC。在低功率下,可使用為線(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。

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。 
80 Plus效率和PFC認證標準

表1. 80 Plus效率和PFC認證標準。

最終標準當然是系統的實(shí)際性能。但由于目前市場(chǎng)上具有電壓和封裝各不相同的廣泛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)器件中的總損耗都是導通損耗和開(kāi)關(guān)損耗之和,其中每種損耗又與RDSON、二極管的VFWD以及開(kāi)關(guān)電荷(如QG、QSW和QOSS)成比例。

但是,FOM定義始終是以這些參數之積的形式給出的。簡(jiǎn)言之,幾乎所有FOM定義都源于器件設計而無(wú)視應用。設計工程師需要在系統層面進(jìn)行損耗分析,并以之作為選擇器件的基礎,而非依靠這些一般公式。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于在選擇器件時(shí)同時(shí)考慮到了工作條件和器件參數。
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