雙管正激變換器的工作原理與FOM

為進(jìn)一步加以說(shuō)明，不妨考慮一個(gè)最大功率損耗為8 W的TO-220 / TO-220F器件。假設(shè)這是對(duì)PFC應(yīng)用的最優(yōu)選擇。最優(yōu)是意思是導(dǎo)通損耗為額定功率下總損耗的40 % - 50 %。這也會(huì)是雙開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的最優(yōu)解嗎?答案當(dāng)然不是。在雙開(kāi)關(guān)拓?fù)渲?，C_oss / Q_oss和Q_sw對(duì)總損耗的貢獻(xiàn)約為87%，其余為導(dǎo)通損耗。導(dǎo)電損耗與開(kāi)關(guān)損耗之間這種不均衡對(duì)效率和成本非常不利。導(dǎo)通損耗小于單開(kāi)關(guān)PFC轉(zhuǎn)換器情況的原因是，所使用的每個(gè)MOSFET具有單開(kāi)關(guān)PFC電路的一半電流，同時(shí)以兩倍頻率進(jìn)行切換。

　　任何開(kāi)關(guān)電路都有兩種開(kāi)關(guān)損耗。第一種由于接通和關(guān)斷期間發(fā)生的Vds x Ids交接而產(chǎn)生的損耗。這些損耗用所謂“Qsw”來(lái)衡量，它是Q_gd和Q_gs的組合，代表MOSFET的有效開(kāi)關(guān)電荷。開(kāi)關(guān)損耗是負(fù)載和開(kāi)關(guān)頻率的函數(shù)。

　　第二種開(kāi)關(guān)損耗與MOSFET輸出電容C_oss的充放電有關(guān)。在ATX電源中，流行的雙開(kāi)關(guān)正向轉(zhuǎn)換器緊跟具有約400 V輸入電壓。因此，輸出電容C_os開(kāi)關(guān)損耗是總損耗的一大部分。器件的C_oss / Q_oss是一個(gè)非常重要的損耗，特別是在輕負(fù)載情況下開(kāi)關(guān)損耗超過(guò)導(dǎo)電損耗。該損耗基本與負(fù)載和Q_sw無(wú)關(guān)，在選擇合適MOSFET時(shí)需要連同Q_sw一起予以考慮。與特定應(yīng)用有關(guān)的基于損耗貢獻(xiàn)的FOM為：

　　導(dǎo)電損耗 (R_ds(on)) + 開(kāi)關(guān)損耗 (Q_switch) + 輸出損耗 (Q_oss)。

　　高壓MOSFET的C_oss隨著所施加的V_DS的不同而有相當(dāng)大的差異。該差異對(duì)高壓超結(jié)功率MOSFET(圖3a)比對(duì)平面式(圖3b)顯著更大。為說(shuō)明輸出電容器的非線性，可用P_oss = ? C_o(er) x V² x F_sw作為近似的損耗公式。(C_o(er)是等效電容，它和C_oss具有相同的損耗，而通常C_oss包含于規(guī)格書(shū)中)。需要指出的是，與輸出電容相關(guān)的損耗(在任何高壓拓?fù)渲卸际强倱p耗公式的一個(gè)重要組成部分)在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FOM= R_DS(on) (typ) * Q_g (typ) 中并未得到考慮。但它們對(duì)本分析中使用的與特定應(yīng)用相關(guān)的FOM(用于器件選型)是必不可少的。

　　在牢記這個(gè)要求的情況下，我們提出了一個(gè)元件列表，其中元件將在典型工作條件下實(shí)現(xiàn)雙管正激變換器的最高效率，以確保實(shí)現(xiàn)最高效的設(shè)計(jì)。每個(gè)MOSFET都有小于總轉(zhuǎn)換器損耗的0.5%的目標(biāo)損耗。因此對(duì)于400 W ATX電源，損耗不會(huì)超過(guò)每個(gè)器件2 W。表1說(shuō)明了此類電源的假設(shè)工作條件。

　　由于提供許多封裝選項(xiàng)，所以表2列出了采用不同封裝的產(chǎn)品的推薦最大功率額定值。