功率因數(shù)校正最佳策略：如何選取合適的MOSFET？

　　導讀：近年來，隨著汽車、通信、能源、綠色工業(yè)等大量使用MOSFET的 行業(yè)的快速發(fā)展，功率MOSFET備受關注。MOSFET廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路中，對于工業(yè)市場而言，較高的電流會增加系統(tǒng)中的能量損耗，舉例對電力公司來說，這會導致輸電過程中的過量浪費。而要達到完全相同的輸出功率，功率因數(shù)較低的負載比功率因數(shù)較高的負載會消耗更多無功電流。所以，為功率因數(shù)校正應用，選擇合適的MOSFET器件尤其重要。

　　功率因數(shù)是實際功率（P = 瓦特）與視在功率（VA= 伏安）之比；目標是實現(xiàn)盡可能接近1的功率因數(shù)。要達到完全相同的輸出功率，功率因數(shù)較低的負載比功率因數(shù)較高的負載會消耗更多無功電流。較高的電流會增加系統(tǒng)中的能量損耗，對電力公司來說，這會導致輸電過程中的過量浪費。為此，對于輸出功率為75 W或更高（依據(jù)EN61000-3-2標準）的任何電源，圖1所示的功率因素校正 （PFC） 電路塊都是一個重要而且常常是必不可少的子系統(tǒng)。PFC電路塊用于使輸入線電流與AC電壓波形一致，且在大多數(shù)情況下將輸出電壓升高至標準的400 VDC。圖2顯示了PFC電路對線電流及其諧波電流的影響。

圖1：PFC原理圖

　　圖2A：無PFC情況下的線電壓及電流                                         圖2B：有PFC情況下的波形

　　在圖2A中，電流來自AC電源且只持續(xù)周期的較短時間。這導致較低的功率因數(shù)和115%的過量諧波電流。雖然系統(tǒng)只消耗158 W可用功率，但傳輸系統(tǒng)的相關值需要達到272 VA才能提供這一功率。圖2B顯示了使用相同輸入功率曲線來實現(xiàn)PFC的優(yōu)點。在功率因數(shù)為99.9%的情況下，諧波電流降至3%。電流來自AC線路且持續(xù)整個周期，同時也沒有過量的VA浪費。

　　應當注意的是，PFC與諧波電流減少并非同義詞。例如，在高電感性負載情況下，電流可能是滯后于電壓的完美正弦曲線。因此其將具有較低的功率因數(shù)和高無功功率，且沒有任何諧波電流。而諧波電流多的失真波形通常具有所有不良特性。PFC電路不僅能夠校正功率因數(shù)，還有助于減少諧波電流。目前，關于電子設備功率質量有許多不同的標準。EN61000-3-2要求所有輸入功率》 75 W的系統(tǒng)減少諧波電流。80 Plus電源認證要求功率因數(shù)達到0.9或更高。

　　在PFC電路中，MOSFET損耗約占總損耗的20%左右。通過選擇正確的器件，PFC效率能夠得到大幅提升。為PFC電路選擇合適MOSFET器件的一種方法是使用針對特定應用的品質因數(shù) （FOM），來最小化器件的總損耗。雖然FOM包括針對傳導損耗的導通電阻值（RDS（on）） 和針對開關損耗的柵極電荷值 （Qg），但其并非二者的簡單積。為了說明開關損耗，使用了該器件的Qgs和Qgd的一部分以及其輸出電容值 （Coss）。

　　標準AC/DC電源的四個級是：

　　· 輸入

　　· PFC前端

　　· 轉換器

　　· 次級

　　本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)6月《智能工業(yè)特刊》Change The World欄目，轉載請注明出處！