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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

          功率因数校正(PFC)对输入功率不低于75W的AC-DC转换器是一项强制要求。在某些消费应用(如LED照明)中,要求在低至5W的功率下进行某些形式的PFC。在低功率下,可使用为线路频率而设计的无源元件实现校正目的。但在高功率下,无源解决方案会变得相当“笨重”而昂贵;使用高开关频率有源器件可减小所需无源元件的尺寸。

          有源PFC的标准实现方式是输入整流器后跟升压转换器。尽管新式拓扑正逐渐获得接受,但升压PFC仍然是主要解决方案,本文将对其进行进一步研究。

          在服务器和计算机电源中,PFC只是众多要求的一个方面。另外还存在通称为80 Plus的其他要求,其中包括从Standard 80 Plus直至Titanium 80 Plus的不同系统效率等级,如表1所示。从系统效率方面的这些严格规范可以看出,为应用选择最佳器件甚至对经验丰富的设计工程师也显然是个挑战。 
          80 Plus效率和PFC认证标准

          表1. 80 Plus效率和PFC认证标准。

          最终标准当然是系统的实际性能。但由于目前市场上具有电压和封装各不相同的广泛MOSFET可供选择,所以通过实验来评估所有器件是不切实际的,因为具有代表性的样本可能过于庞大。有些设计工程师简单地从既定可选产品中选择RDSON最低的器件,但这总是导致昂贵和非最理想的解决方案。其他许多设计工程师则依赖所谓的品质因数(FOM)。

          传统的FOM一直是RDSON x QG之积,这保证了导通损耗与开关损耗之间的平衡。有人通过使用其他参数(如MOSFET的QGD或QOSS而非QG)或在等式中添加其他项提出了FOM的若干变体。

          遗憾的是,常规FOM的提出都不是为了预测设计工程师所看重的实际性能。等式中没有代表工作条件的项,如开关频率、栅极驱动,乃至输出电流或功率。而且,任何开关器件中的总损耗都是导通损耗和开关损耗之和,其中每种损耗又与RDSON、二极管的VFWD以及开关电荷(如QG、QSW和QOSS)成比例。

          但是,FOM定义始终是以这些参数之积的形式给出的。简言之,几乎所有FOM定义都源于器件设计而无视应用。设计工程师需要在系统层面进行损耗分析,并以之作为选择器件的基础,而非依靠这些一般公式。这样做的优点在于在选择器件时同时考虑到了工作条件和器件参数。
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