基礎(chǔ)知識(shí)：連續(xù)模式PFC功率MOSFET電流有效值、平均值計(jì)算

中大功率的ACDC電源都會(huì)采用有源功率因數(shù)校正PFC電路來提高其功率因數(shù)，減少對(duì)電網(wǎng)的干擾。在PFC電路中，常用的結(jié)構(gòu)是BOOST電路，功率MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài)，將輸入的電流斬波為和輸入正弦波電壓同相位的、具有正弦波包絡(luò)線的開關(guān)電流波形，從而提高輸入的功率因數(shù)，減小輸入諧波分量。

有源功率因數(shù)校正PFC電路具有二種工作的模式：連續(xù)導(dǎo)通模式CCM和非連續(xù)導(dǎo)通模式DCM，控制的方式也各不相同。本文主要推導(dǎo)在連續(xù)導(dǎo)通模式CCM下，PFC電路功率MOSFET的電流有效值、平均值計(jì)算，以及輸出二極管的電流有效值、平均值計(jì)算。連續(xù)導(dǎo)通模式CCM下，PFC電路輸入電感的電流波形如圖1所示。

圖1：連續(xù)導(dǎo)通模式PFC的電感電流

可以看到，在每個(gè)開關(guān)周期結(jié)束的時(shí)候，輸入電感的電流沒有降到0，這樣，在下一個(gè)開關(guān)周期開始、功率MOSFET導(dǎo)通時(shí)，輸入電感的電流就會(huì)從一定值開始激磁，隨時(shí)間線性增加，這種導(dǎo)通模式稱為：連續(xù)導(dǎo)通模式、CCM模式。

在連續(xù)導(dǎo)通模式CCM工作的PFC電路中，功率MOSFET電流波形包絡(luò)線，近視為輸入正弦電流波形，如圖2所示，基于這個(gè)波形，來計(jì)算功率MOSFET電流的有效值。

圖2：功率MOSFET漏極電流的近視包絡(luò)線

功率MOSFET電流的有效值為：

其中，D1為某一個(gè)開關(guān)周期的占空比，Ts為開關(guān)周期，fs為開關(guān)頻率。

輸入正弦電壓、輸入正弦電流值為：

在一個(gè)開關(guān)周期，有：

代入上面公式：

同時(shí)，有：

因此，代入后，有：

同樣的方法，可以得到輸出二極管電流的有效值為：

注意到，功率MOSFET電流的有效值和輸出二極管電流的有效值，有以下關(guān)系：

功率MOSFET電流平均值、輸出二極管電流平均值的計(jì)算方法和上面類似，分別計(jì)算如下。

功率MOSFET的電流平均值為：

輸出二極管的電流平均值為：

實(shí)際應(yīng)用中，功率MOSFET電流的有效值用來計(jì)算其導(dǎo)通損耗。根據(jù)功率損耗的分配值，使用導(dǎo)通損耗，計(jì)算和選取功率MOSFET的導(dǎo)通電阻RDSON；使用開關(guān)損耗，計(jì)算和選取功率MOSFET的寄生電容，從而初步確定功率MOSFET的選型。