连续模式PFC功率MOSFET电流有效值、平均值是怎么计算

中大功率的ACDC电源都会采用有源功率因数校正PFC电路来提高其功率因数，减少对电网的干扰。在PFC电路中，常用的结构是BOOST电路，功率MOSFET工作在开关状态，将输入的电流斩波为和输入正弦波电压同相位的、具有正弦波包络线的开关电流波形，从而提高输入的功率因数，减小输入谐波分量。

有源功率因数校正PFC电路具有二种工作的模式：连续导通模式CCM和非连续导通模式DCM，控制的方式也各不相同。本文主要推导在连续导通模式CCM下，PFC电路功率MOSFET的电流有效值、平均值计算，以及输出二极管的电流有效值、平均值计算。连续导通模式CCM下，PFC电路输入电感的电流波形如图1所示。

图1：连续导通模式PFC的电感电流

可以看到，在每个开关周期结束的时候，输入电感的电流没有降到0，这样，在下一个开关周期开始、功率MOSFET导通时，输入电感的电流就会从一定值开始激磁，随时间线性增加，这种导通模式称为：连续导通模式、CCM模式。

在连续导通模式CCM工作的PFC电路中，功率MOSFET电流波形包络线，近视为输入正弦电流波形，如图2所示，基于这个波形，来计算功率MOSFET电流的有效值。

图2：功率MOSFET漏极电流的近视包络线

功率MOSFET电流的有效值为：

其中，D1为某一个开关周期的占空比，Ts为开关周期，fs为开关频率。

输入正弦电压、输入正弦电流值为：

在一个开关周期，有：

代入上面公式：

同时，有：

因此，代入后，有：

同样的方法，可以得到输出二极管电流的有效值为：

注意到，功率MOSFET电流的有效值和输出二极管电流的有效值，有以下关系：

功率MOSFET电流平均值、输出二极管电流平均值的计算方法和上面类似，分别计算如下。

功率MOSFET的电流平均值为：

输出二极管的电流平均值为：

实际应用中， 功率MOSFET电流的有效值用来计算其导通损耗 。根据功率损耗的分配值，使用导通损耗，计算和选取功率MOSFET的导通电阻RDSON；使用开关损耗，计算和选取功率MOSFET的寄生电容，从而初步确定功率MOSFET的选型。