功率因數(shù)校正最佳策略：如何選取合適的MOSFET？

　　導(dǎo)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(guān)注。MOSFET廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路中，對(duì)于工業(yè)市場而言，較高的電流會(huì)增加系統(tǒng)中的能量損耗，舉例對(duì)電力公司來說，這會(huì)導(dǎo)致輸電過程中的過量浪費(fèi)。而要達(dá)到完全相同的輸出功率，功率因數(shù)較低的負(fù)載比功率因數(shù)較高的負(fù)載會(huì)消耗更多無功電流。所以，為功率因數(shù)校正應(yīng)用，選擇合適的MOSFET器件尤其重要。

　　功率因數(shù)是實(shí)際功率（P = 瓦特）與視在功率（VA= 伏安）之比；目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)盡可能接近1的功率因數(shù)。要達(dá)到完全相同的輸出功率，功率因數(shù)較低的負(fù)載比功率因數(shù)較高的負(fù)載會(huì)消耗更多無功電流。較高的電流會(huì)增加系統(tǒng)中的能量損耗，對(duì)電力公司來說，這會(huì)導(dǎo)致輸電過程中的過量浪費(fèi)。為此，對(duì)于輸出功率為75 W或更高（依據(jù)EN61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)）的任何電源，圖1所示的功率因素校正 （PFC） 電路塊都是一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)的400 VDC。圖2顯示了PFC電路對(duì)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(shí)間。這導(dǎo)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(guān)值需要達(dá)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(shí)現(xiàn)PFC的優(yōu)點(diǎn)。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(gè)周期，同時(shí)也沒有過量的VA浪費(fèi)。

　　應(yīng)當(dāng)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(fù)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(guān)于電子設(shè)備功率質(zhì)量有許多不同的標(biāo)準(zhǔn)。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(rèn)證要求功率因數(shù)達(dá)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(duì)特定應(yīng)用的品質(zhì)因數(shù) （FOM），來最小化器件的總損耗。雖然FOM包括針對(duì)傳導(dǎo)損耗的導(dǎo)通電阻值（RDS（on）） 和針對(duì)開關(guān)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(guān)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(biāo)準(zhǔn)AC/DC電源的四個(gè)級(jí)是：

　　· 輸入

　　· PFC前端

　　· 轉(zhuǎn)換器

　　· 次級(jí)

　　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(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！