pfc電路中二極管的作用

相信很少有朋友關(guān)心PFC功率矯正電路中電感之后的那個(gè)二極管，但是從事電路設(shè)計(jì)多年的高手一定能夠看出此二極管的作用。實(shí)際上，此二極管的作用在電路中非常重要，其能夠在一定程度上避免電感自感產(chǎn)生反向電流，對(duì)電路造成破壞。

此二極管的作用是開(kāi)機(jī)時(shí)對(duì)電容進(jìn)行充電，而不是經(jīng)過(guò)電感。因?yàn)殚_(kāi)機(jī)時(shí)充電電流大，無(wú)此二極管會(huì)造成電感飽和，如果這時(shí)PFC啟動(dòng)的話必將炸機(jī)，電源運(yùn)行后后級(jí)電壓高于前級(jí)，二極管失去作用。

AC上電時(shí)，如果角度在90度，輸入電壓瞬間有220*1.414=310v，沿路電感走線阻抗很低，小余1ohm，熱敏電阻阻抗視溫度而定，如果25c時(shí)4ohm，80c時(shí)一般根本達(dá)不到0.4ohm。

假設(shè)機(jī)器運(yùn)行了一段時(shí)間，熱敏電阻達(dá)到80度，這種溫度并不夸張，在實(shí)際運(yùn)行中是常見(jiàn)的。并且遭遇突然停電又在1分鐘內(nèi)恢復(fù)電力的情況，來(lái)電的角度達(dá)到了90度，那么50hz pk沖擊電流就有310/1.5ohm=200a。持續(xù)時(shí)間可能4ms。

此外，這個(gè)二極管還有著正向?qū)ǖ墓δ?，反向電流是通不過(guò)的。其主要作用是穩(wěn)定電流，防止電感自感產(chǎn)生反向電流，對(duì)電路產(chǎn)生影響，或?qū)ζ骷衅茐摹?/p>

可見(jiàn)在PFC電感之后這個(gè)二極管雖然并不顯眼，但確實(shí)非常重要。雖然在日常使用中幾乎難以察覺(jué)其作用，但在關(guān)鍵時(shí)刻這個(gè)二極管能夠起到保護(hù)電路整體安全的作用，是必不可少的安全關(guān)鍵器件。

圖1 上圖為未加入PFC電路的整流電路的原理方框圖，下圖為工作波形。由以上分析我們可以看出．未加入PFC電路的整流電路穩(wěn)定工作以后，只有在市電電壓的正負(fù)峰值附近二極管才導(dǎo)通，產(chǎn)生脈沖電流。造成離線電源功率因數(shù)降低的原因在于電流的導(dǎo)通角太小，在半個(gè)周期內(nèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于180°，提高功率因數(shù)就要設(shè)法使電流的波形在整個(gè)周期內(nèi)追蹤電壓的波形。

既然造成導(dǎo)通角太小的原因是整流器后面接人的大容量濾波電容，有源PFC電路基本思想就是在整流器和大容量濾波電容之間加入一級(jí)初級(jí)調(diào)整，把兩者進(jìn)行隔離，此PFC初級(jí)調(diào)整變換器輸出一個(gè)基本穩(wěn)定的DC電壓，同時(shí)其輸入電流能按照和市電一樣的正弦規(guī)律變化。

圖2所示電路為加入PFC電路的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。通過(guò)比較，我們可以比較明確看出PFC電路在電源電路結(jié)構(gòu)中的位置和作用。盡管PFC電路的具體形式繁多，不盡相同，工作模式也不一樣（CCM電流連續(xù)型、DCM不連續(xù)型、CRM臨界型），但基本的結(jié)構(gòu)大同小異，大部分都是采用升壓的boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種電路形式優(yōu)點(diǎn)比較多。這也是一種典型的升壓開(kāi)關(guān)電路，基本的思想就是前面說(shuō)的把整流電路和大濾波電容分割，通過(guò)控制PFC開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通使輸入電流能跟蹤輸入電壓的變化。工作原理并不復(fù)雜，徹底搞清楚這個(gè)基本電路的原理，就能觸類(lèi)旁通，給獨(dú)立分析電路打下基礎(chǔ)。在這個(gè)電路中．PFC電感L在MOS開(kāi)關(guān)管0導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量，在開(kāi)關(guān)管截止時(shí)．電感L上感應(yīng)出右正左負(fù)的電壓，將導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的能量通過(guò)升壓二極管Dl對(duì)大的濾波電容充電，輸出能量，只不過(guò)其輸入的電壓是沒(méi)有經(jīng)過(guò)濾波的脈動(dòng)電壓。值得注意的是，平板電視大部分PFC電感L上大都并聯(lián)著一個(gè)二極管D2，該二極管D2具有保護(hù)作用。

大家知道：PFC電路后面大的儲(chǔ)能濾波電容C和PFC電感L是串聯(lián)的，由于電感L上的電流不能突變，就對(duì)大的濾波電容C的浪涌電流起了限制作用。

快恢復(fù)二極管在PFC電路中的作用詳解

并聯(lián)保護(hù)分流二極管D2．由于沒(méi)有電感的限制作用，對(duì)濾波電容的沖擊反而會(huì)更大，但它可以保護(hù)升壓二圾管，特別是PFC開(kāi)關(guān)管。Dl是快速恢復(fù)二極管（由于開(kāi)關(guān)管是在電感電流不為零的時(shí)候關(guān)斷的，需要承受更大的應(yīng)力，要求二極管有極低甚至為零的反向恢復(fù)電流），承受浪涌電流的能力較弱。減小反向恢復(fù)電流和提高浪涌電壓承載力是相互牽制的，而D2所采用的是普通的整流二極管，承受浪涌電流的能力很強(qiáng)，如1N5407的額定電流3A．浪涌電流可達(dá)200A。

該保護(hù)二極管D2表面上降低的是對(duì)PFC電感和升壓二極管的浪涌沖擊，但實(shí)際上還有一個(gè)重要的作用：保護(hù)PFC開(kāi)關(guān)管。

在開(kāi)機(jī)的瞬間，濾波電容的電壓尚未建立，由于要對(duì)大電容充電．通過(guò)PFC電感的電流相對(duì)比較大。如果在電源開(kāi)關(guān)接通的瞬間是在正弦波的最大值時(shí)，對(duì)電容充電的過(guò)程中PFC電感L有可能會(huì)出現(xiàn)磁飽和的情況，此時(shí)PFC電路工作就麻煩了，在磁飽和的情況下，流過(guò)PFC開(kāi)關(guān)管的電流就會(huì)失去限制，燒壞開(kāi)關(guān)管。

為防止悲劇發(fā)生，一種方法是對(duì)PFC電路工作的工作時(shí)序加以控制，即當(dāng)對(duì)大電容的充電完成以后，再啟動(dòng)PFC電路：另一種比較簡(jiǎn)單的辦法就是在PFC線圈到升壓二極管上并聯(lián)一只二極管旁路。啟動(dòng)的瞬間，給大電容的充電提供另一個(gè)支路，防止大電流流過(guò)PFC線圈造成飽和，過(guò)流損壞開(kāi)關(guān)管，保護(hù)開(kāi)關(guān)管，同時(shí)該保護(hù)二極管D2也分流了升壓二極管D1上的電流，保護(hù)了升壓二極管。另外，D2的加入使得對(duì)大電容充電過(guò)程加快．其上的電壓及時(shí)建立，也能使PFC電路的電壓反饋環(huán)路及時(shí)工作，減小開(kāi)機(jī)時(shí)PFC開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間．使PFC電路盡快正常工作。

所以，綜上所述，以上電路中二極管D2的作用是在開(kāi)機(jī)瞬間或負(fù)載短路、PFC輸出電壓低于輸入電壓的非正常狀況下給電容提供充電路徑，防止PFC電感磁飽和對(duì)PFCMOS管造成的危險(xiǎn)，同時(shí)也減輕了PFC電感和升壓二極管的負(fù)擔(dān)，起到保護(hù)作用。

在開(kāi)機(jī)正常工作以后，由于D2右面為B+PFC輸出電壓，電壓比左面高，D2呈反偏截止?fàn)顟B(tài)，對(duì)電路的工作沒(méi)有影響，D2可選用可承受較大浪涌電流的普通大電流的整流二極管。在有些電源中，PFC后面的電容容量不大，也有的沒(méi)有接入保護(hù)二極管D2，但如果PFC后面是使用大容量的濾波電容，此二極管是不能減少的，對(duì)電路的安全性有著重要的意義。