基礎知識:連續模式PFC功率MOSFET電流有效值、平均值計算

中大功率的ACDC電源都會採用有源功率因數校正PFC電路來提高其功率因數，減少對電網的幹擾。在PFC電路中，常用的結構是BOOST電路，功率MOSFET工作在開關狀態，將輸入的電流斬波為和輸入正弦波電壓同相位的、具有正弦波包絡線的開關電流波形，從而提高輸入的功率因數，減小輸入諧波分量。

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

圖1：連續導通模式PFC的電感電流

可以看到，在每個開關周期結束的時候，輸入電感的電流沒有降到0，這樣，在下一個開關周期開始、功率MOSFET導通時，輸入電感的電流就會從一定值開始激磁，隨時間線性增加，這種導通模式稱為：連續導通模式、CCM模式。

在連續導通模式CCM工作的PFC電路中，功率MOSFET電流波形包絡線，近視為輸入正弦電流波形，如圖2所示，基於這個波形，來計算功率MOSFET電流的有效值。

圖2：功率MOSFET漏極電流的近視包絡線

功率MOSFET電流的有效值為：

其中，D1為某一個開關周期的佔空比，Ts為開關周期，fs為開關頻率。

輸入正弦電壓、輸入正弦電流值為：

 

在一個開關周期，有：

代入上面公式：

同時，有：

因此，代入後，有：

同樣的方法，可以得到輸出二極體電流的有效值為：

注意到，功率MOSFET電流的有效值和輸出二極體電流的有效值，有以下關係：

 

功率MOSFET電流平均值、輸出二極體電流平均值的計算方法和上面類似，分別計算如下。

功率MOSFET的電流平均值為：

 

輸出二極體的電流平均值為：

實際應用中，功率MOSFET電流的有效值用來計算其導通損耗。根據功率損耗的分配值，使用導通損耗，計算和選取功率MOSFET的導通電阻RDSON；使用開關損耗，計算和選取功率MOSFET的寄生電容，從而初步確定功率MOSFET的選型。