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损耗分析是为计算应用中的功率因数校正电路选择MOSFET的最佳品质(2)



CCM模式 PFC电路中MOSFET的损耗计算公式

针对开关转换器的损耗分析可能相当复杂,需要大量的器件参数化数据、对电路参数的知识和复杂的数学方程式。但我们在这里的目的不是进行高精度的损耗计算,而是使这种计算方法易于为大多数设计工程师使用,使他们能够通过比较少量器件参数来选择最佳器件。

升压FPC的基础电路及其标准波形如图1所示。这里,我们在工作模式上选择连续电流模式(CCM)。分析涵盖的功率范围为100W(笔记本电脑交流-直流电源适配器的典型值)至500W(台式机“银盒”电源的典型值)。

对于任何应用中的功率MOSFET,其各项损耗如下所列:
•导通—来自RDSON
•开关(接通)—V x I 交叉
•开关(关断)—V x I 交叉
•输出COSS的充电/放电
•输入CISS的充电/放电
•体二极管—VFWD和QRR
基础PFC升压电路及其临界和连续模式
简化 PFC 波形


图1. 基础PFC升压电路(a)及其临界和连续模式(b)的简化 PFC 波形

计算实际损耗之前需要估计应用的工作参数,如峰值及RMS电流、输入及输出电压等。导通损耗取决于在一个输入交流周期流过MOSFET的电流的RMS值。开关损耗由电感电流IAC的平均值决定。

IAC参数相对简单,可通过对每个交流周期的整流线路电流求平均来计算。
每个交流周期的整流线路电流求平均来计算
MOSFET电流的RMS值计算起来就没有这么简单。它会在每个开关周期内变动且最好使用数值计算方式。图2显示了500W PFC的IAC及IRMS(作为VIN的函数)曲线。在较低输入电压时,两个值相当接近。在100V交流条件下,我们可使用下式来计算IRMS:
MOSFET电流的RMS值

知道了RMS电流,即可计算出导通损耗。
导通损耗
TCR是RDSON电阻的温度系数。对于600V和650V MOSFET,其典型值是2.0-2.5。
500W PFC的IAC和IRMS

图2. 500W PFC的IAC和IRMS
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