如圖1所示的PFC校正電路塊是一個重要子係統，在許多情況下是輸出功率不低於65 W的電源的必備子係統（依據EN61000-3-2）。該電路用於使輸入線路電流與AC電壓波形相配，在大多數情況下使輸出電壓上升至常見的400 VDC。

圖1：功率因數校正原理圖

 

“功率因數”為實際功率（P = 瓦特）與表觀功率（VA = 伏安）的比率。這方麵的目標是實現盡可能接近於1的(de)單(dan)位(wei)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)。對(dui)於(yu)完(wan)全(quan)相(xiang)同(tong)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)
，低(di)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)負(fu)載(zai)比(bi)高(gao)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)負(fu)載(zai)會(hui)消(xiao)耗(hao)更(geng)多(duo)無(wu)功(gong)電(dian)流(liu)。較(jiao)低(di)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)設(she)計(ji)的(de)較(jiao)大(da)電(dian)流(liu)會(hui)增(zeng)加(jia)係(xi)統(tong)的(de)能(neng)量(liang)損(sun)失(shi)
，造(zao)成(cheng)電(dian)力(li)公(gong)司(si)在(zai)輸(shu)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)浪(lang)費(fei)大(da)量(liang)電(dian)能(neng)。圖(tu)1a和1b顯示了PFC對線路電流及其諧波的影響。

圖1a. 沒有PFC電路的線路電壓和電流      1b. 具有PFC電路的波形

 

在沒有PFC的圖1a中，電流隻在周期的短時間期間來自AC電源。這導致較差的功率因數和高達115 %的過多諧波。雖然係統隻使用了158 W可用功率，但輸電係統為提供它卻消耗了272伏安。圖2a顯示了在相同線路上實施PFC的好處。這時功率因數為99.9 %，諧波降至3 %。電流在整個周期中都來自AC線路
，沒有浪費過多VA成分。

 

可ke以yi注zhu意yi到dao，功gong率lv因yin數shu校xiao正zheng和he諧xie波bo電dian流liu下xia降jiang並bing非fei同tong義yi詞ci。例li如ru，在zai高gao度du電dian感gan性xing負fu載zai中zhong
，電dian流liu可ke能neng以yi完wan美mei正zheng弦xian波bo形xing滯zhi後hou於yu電dian壓ya。這zhe會hui導dao致zhi較jiao差cha的de功gong率lv因yin數shu和he高gao無wu功gong功gong率lv，沒mei有you任ren何he諧xie波bo。而er諧xie波bo電dian流liu豐feng富fu的de失shi真zhen波bo形xing通tong常chang具ju有you所suo有you不bu合he需xu要yao的de特te性xing。PFC電路不隻校正功率因數，還降低諧波電流。

 

目前，有多種不同標準規定了電子設備所用電力的質量。EN61000-3-2要求輸入功率大於75 W的所有係統都要降低諧波電流。80 Plus電流認證要求功率因數為0.9或更高。

 

在PFC電路中
，MOSFET的損耗占總損耗的約15 %至20 %。在使用校正器件後
，PFC效率可實現總共0.33 %增加（表1）。在500 W輸出功率下
，計算結果是MOSFET功率損耗可減小2 W。

表1：基於總PFC功率損耗的MOSFET損耗計算

 

Vishay Siliconix針對規定的工作條件和5 W至1000 W輸出功率級編製了最重要的兩種600 V和650 V器件的列表，以幫助設計工程師在PFC設計中選擇最合適的MOSFET。表2列出了規定的工作條件
，表4列出了每種功率級的最重要兩種E係列超結技術器件。雖然主要標準是效率
，但表中提供了不止一種器件選擇，以滿足成本、封裝或更高電壓降額等其他要求。

 

 

表4中的器件是使用針對新應用的品質因數（FOM）而選擇的，該品質因數側重於最大限度減小器件的總損耗。雖然包括針對導電損耗的導通電阻（RDS(on)）和針對開關損耗的柵電荷（Qg），但FOM並非簡單的二者之積。為說明開關損耗，使用了器件的Qgs和Qgd的一部分及其輸出容值（Coss）。選擇最合適的器件時使用了以下工作條件（參見表2）。

表2：功率因數校正設計條件

 

推薦器件的列表在“封裝”位置包括一個“x”。在相同電氣特征下，每種器件有許多可選封裝。實際使用的封裝取決於功率級和允許的MOSFET占位麵積。圖2定義了不同零件號的封裝、額定電流、電壓和器件技術

 

定義：Vishay高壓MOSFET零件號：SiHxDDNFFGG

圖2：零件號定義

 

對於提供的許多封裝選項，表3列出了不同封裝的建議最大額定功率。

基於封裝類型的推薦功率等級

表3：基於封裝類型的最大功率級

 

注：

* 如果使用散熱性能增強的多層PCB，則該封裝可在更高功率級下使用。

** 如果使用交錯式（interleaved）PFC設計，則輸出功率最大可達750 W（使用兩個TO-220）。在非交錯式設計中並聯兩個TO-220或TO-220F允許最大750 W。

 

結合設計條件、器件零件號含義和每種封裝類型的最大建議值，表4顯示了針對不同功率級的相應器件。

 

該列表顯示了許多不同器件。設計工程師可按照電壓、效率或價格來挑選最適合自己應用的器件。

 

功率因數校正MOSFET選型指南

表4：基於PFC輸出功率級的器件選型工具

 

帶有“x”的器件可使用多種封裝；帶有“G”的器件必須使用TO-247封裝。