功率因数校正最佳策略：如何选取合适的MOSFET？

　　导读：近年来，随着汽车、通信、能源、绿色工业等大量使用MOSFET的 行业的快速发展，功率MOSFET备受关注。MOSFET广泛使用在模拟电路与数字电路中，对于工业市场而言，较高的电流会增加系统中的能量损耗，举例对电力公司来说，这会导致输电过程中的过量浪费。而要达到完全相同的输出功率，功率因数较低的负载比功率因数较高的负载会消耗更多无功电流。所以，为功率因数校正应用，选择合适的MOSFET器件尤其重要。

　　功率因数是实际功率（P = 瓦特）与视在功率（VA= 伏安）之比；目标是实现尽可能接近1的功率因数。要达到完全相同的输出功率，功率因数较低的负载比功率因数较高的负载会消耗更多无功电流。较高的电流会增加系统中的能量损耗，对电力公司来说，这会导致输电过程中的过量浪费。为此，对于输出功率为75 W或更高（依据EN61000-3-2标准）的任何电源，图1所示的功率因素校正 （PFC） 电路块都是一个重要而且常常是必不可少的子系统。PFC电路块用于使输入线电流与AC电压波形一致，且在大多数情况下将输出电压升高至标准的400 VDC。图2显示了PFC电路对线电流及其谐波电流的影响。

图1：PFC原理图

　　图2A：无PFC情况下的线电压及电流                                         图2B：有PFC情况下的波形

　　在图2A中，电流来自AC电源且只持续周期的较短时间。这导致较低的功率因数和115%的过量谐波电流。虽然系统只消耗158 W可用功率，但传输系统的相关值需要达到272 VA才能提供这一功率。图2B显示了使用相同输入功率曲线来实现PFC的优点。在功率因数为99.9%的情况下，谐波电流降至3%。电流来自AC线路且持续整个周期，同时也没有过量的VA浪费。

　　应当注意的是，PFC与谐波电流减少并非同义词。例如，在高电感性负载情况下，电流可能是滞后于电压的完美正弦曲线。因此其将具有较低的功率因数和高无功功率，且没有任何谐波电流。而谐波电流多的失真波形通常具有所有不良特性。PFC电路不仅能够校正功率因数，还有助于减少谐波电流。目前，关于电子设备功率质量有许多不同的标准。EN61000-3-2要求所有输入功率》 75 W的系统减少谐波电流。80 Plus电源认证要求功率因数达到0.9或更高。

　　在PFC电路中，MOSFET损耗约占总损耗的20%左右。通过选择正确的器件，PFC效率能够得到大幅提升。为PFC电路选择合适MOSFET器件的一种方法是使用针对特定应用的品质因数 （FOM），来最小化器件的总损耗。虽然FOM包括针对传导损耗的导通电阻值（RDS（on）） 和针对开关损耗的栅极电荷值 （Qg），但其并非二者的简单积。为了说明开关损耗，使用了该器件的Qgs和Qgd的一部分以及其输出电容值 （Coss）。

　　标准AC/DC电源的四个级是：

　　· 输入

　　· PFC前端

　　· 转换器

　　· 次级

　　本文选自电子发烧友网6月《智能工业特刊》Change The World栏目，转载请注明出处！