功率因數(shù)校正mos管,PFC電路mos管選型介紹
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一、功率因數(shù)校正MOS管的關(guān)鍵作用
提高功率因數(shù)：MOS管通過精準(zhǔn)控制輸入電流波形，促使其與輸入電壓波形保持同步，從而顯著提升電源的功率因數(shù)。這一過程有助于降低電網(wǎng)的諧波污染，進(jìn)而優(yōu)化電能質(zhì)量，使得電能的傳輸和利用更加高效、穩(wěn)定。
減少諧波失真：憑借對電流波形的精確掌控，MOS管能夠有效降低諧波失真，使輸入電流波形更加接近理想狀態(tài)的正弦波。這樣的優(yōu)化不僅提升了電能質(zhì)量，還有助于減少對電網(wǎng)的干擾，提高整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
提高效率：通過優(yōu)化電流波形，MOS管能夠最大限度地從電源汲取實(shí)際功率，進(jìn)而提高電源的整體效率。這意味著在相同的輸入功率下，電源可以提供更多的有用輸出功率，從而提升能源的利用效率，降低能源損耗。
二、PFC電路MOS管選型要點(diǎn)
MOSFET損耗占比及影響：在PFC電路中，MOSFET損耗通常占總損耗的20%左右。因此，選擇正確的MOSFET器件對于提升PFC效率至關(guān)重要。一種有效的選型方法是運(yùn)用針對特定應(yīng)用的品質(zhì)因數(shù)（FOM），以此最小化器件的總損耗。FOM不僅涉及針對傳導(dǎo)損耗的導(dǎo)通電阻值（RDS（on））和針對開關(guān)損耗的柵極電荷值（Qg），還涵蓋了該器件的Qgs、Qgd的一部分以及其輸出電容值（Coss），其計(jì)算方式并非簡單的RDS（on）與Qg相乘。
標(biāo)準(zhǔn)AC/DC電源各級損耗要求：標(biāo)準(zhǔn)AC/DC電源主要分為四個層級，分別是輸入、PFC前端、轉(zhuǎn)換器和次級。為了滿足80Plus“金級”效率標(biāo)準(zhǔn)，所有級的合并損耗應(yīng)控制在額定輸出功率的約12%。具體到單純PFCMOSFET損耗，應(yīng)限制在總輸出功率的約2%或封裝功率限值，以較低者為準(zhǔn)。不同封裝的最大功率損耗限值如下：PowerPAKSO-8L（5x6）為5W，PowerPAK8x8為7W，TO-220/TO-220F為10W，TO-247為20W，SuperTO-247/Tmax為25W。傳導(dǎo)損耗可通過公式I²R進(jìn)行計(jì)算，其中需考慮器件的RDS（on）及其溫度系數(shù)。而開關(guān)損耗的計(jì)算則需要綜合考量Qg、Qgd、Qgs以及Qoss等多個因素，Qoss是Coss的積分函數(shù)。
輕負(fù)載情況下?lián)p耗考量：傳統(tǒng)的FOM，即RDS（on）（典型值）×Qg（典型值），并未將器件的Coss/Qoss納入考量范圍。然而，在輕負(fù)載情況下，開關(guān)損耗可能超過傳導(dǎo)損耗，此時Coss/Qoss成為一個非常關(guān)鍵的損耗因素。Coss/Qoss越大，開關(guān)損耗就越高。此外，Qoss損耗是固定的并且獨(dú)立于負(fù)載，這一點(diǎn)可從標(biāo)準(zhǔn)公式Poss=½CV²×Fsw（其中Fsw是開關(guān)頻率）中得以體現(xiàn)。
高壓MOSFET損耗特性及計(jì)算：在通用輸入電源中，PFCMOSFET始終受到380VDC至400VDC的主體DC總線電壓的限制，因此輸出開關(guān)損耗有可能在總損耗中占有相當(dāng)大的比例。高壓MOSFET（HVM）的Coss隨著所施加的VDS的不同而有顯著變化。為準(zhǔn)確計(jì)算輸出電容器的非線性損耗，可采用Poss=½Coer×V²×Fsw作為損耗計(jì)算公式，其中Coer是由產(chǎn)品說明書提供的有效電容，與MOSFET的集成Coss具有相同的存儲能量和相同的損耗。因此，新的FOM應(yīng)為Rds（on）（典型值）×（Qswitch（典型值）+Qoss），其中Qswitch是Qgd和Qgs的組合。
例如，對于一個最大封裝功率損耗為8W且傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗各貢獻(xiàn)4W的TO-220/TO-220F器件，Coss/Qoss損耗將占到總封裝損耗的約20%，或總開關(guān)損耗的約40%，這是標(biāo)準(zhǔn)FOM公式未能涵蓋的一個較大損耗部分。
封裝選項(xiàng)及功率額定值：鑒于存在多種可用封裝選項(xiàng)，表1列出了針對不同封裝的最大功率額定值。每種封裝都有相應(yīng)的一系列器件可供選擇，因此有可能對廣泛的輸出功率推薦相同的封裝。為了實(shí)現(xiàn)SMT封裝（如PowerPAKSO-8L（5x6）和PowerPAK8x8）的最大可能功率耗散，必須確保PCB溫度在最壞條件下的應(yīng)用要求值范圍內(nèi)。建議的最大額定值因此受到系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)因素的限制，而非單純由封裝損耗所決定。
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