PFC電感上的二極管選取有什么講究？
為了提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，減少干擾，平板電視的大多數(shù)電源都采用了有源PFC電路，盡管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、BCM臨界型），但基本的結(jié)構(gòu)大同小異，都是采用BOOST升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如下圖所示，這是一典型的升壓開關(guān)電源，基本的思想就是把整流電路和大濾波電容分割，通過控制PFC開-關(guān)管的導(dǎo)通使輸入電流能跟蹤輸入電壓的變化，獲得理想的功率因數(shù)，減少電磁干擾EMI和穩(wěn)定開關(guān)電源中開關(guān)管的工作電壓。
下圖是一個(gè)廣泛應(yīng)用的升壓型開關(guān)電源拓?fù)?，相信大家并不陌生。在這個(gè)電路中，PFC電感L在MOS開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量，在開關(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)存的能量通過升壓二極管D1對(duì)大的濾波電容充電，輸出能量。Boost升壓PFC電感L上都并連著一個(gè)二極管D2。
觀點(diǎn)眾說紛紜
于這個(gè)二極管的作用，在電源工程師中有一些不同的看法，摘錄如下：
說法一：減少浪涌電壓對(duì)電容的沖擊在開機(jī)瞬間限制PFC電感L因浪涌電流產(chǎn)生巨大的自感電勢，從而造成電路故障。每次電源開關(guān)接通瞬間加到電感上的可以是交流正弦波的任意瞬時(shí)值，如果在電源開關(guān)接通的瞬間是在正弦波的最大值峰點(diǎn)附近，那么給電感所加的是一個(gè)突變的電壓，會(huì)引起電感L上產(chǎn)生極大的自感電勢，該電勢是所加電壓的兩倍以上，并形成較大的電流對(duì)后面的電容充電，輕則引起輸入電路的保險(xiǎn)絲熔斷，重則引起濾波電容及斬波開關(guān)管Q擊穿。設(shè)置保護(hù)二極管D2后在接通電源的瞬間，由D2導(dǎo)通并對(duì)C充電，使流過PFC電感L的電流大大減小，產(chǎn)生的自感電勢也要小得多，對(duì)濾波電容和開關(guān)管的危害及保險(xiǎn)絲的熔斷可能要小得多。
說法二：減少浪涌電壓對(duì)升壓二極管的沖擊該二極管分流一部分PFC電感和升壓二極管支路的電流，因而能對(duì)升壓二極管起保護(hù)作用。
誤區(qū)解析
以上的觀點(diǎn)都提到了該二極管D2的保護(hù)作用，都有一定的道理，但上述的有些解釋有值得商榷的地方。
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．PFC電感本身對(duì)大的濾波電容C的浪涌電流起限制作用，不會(huì)出現(xiàn)觀點(diǎn)一提到的“電源開關(guān)接通的瞬間電感L1上產(chǎn)生極大的自感電勢時(shí)電容的充電的情況，”因?yàn)樽愿须妱莸姆较蛞彩亲笳邑?fù)，此觀點(diǎn)令人費(fèi)解。并聯(lián)保護(hù)分流二極管D2以后，這一路由于沒有電感的限制作用，對(duì)濾波電容的沖擊反而會(huì)更大，不會(huì)減小。實(shí)踐也證明，去掉二極管D2后，電容C上的浪涌沖擊反而減小。觀點(diǎn)二保護(hù)升壓管D1說法，有一定的道理，因?yàn)镈1是快速恢復(fù)二極管，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D1所采用的普通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。不過由于升壓二極管D1有串接的PFC電感L的限流作用，筆者認(rèn)為保護(hù)二極管D2的最主要作用還不僅僅是保護(hù)升壓管D1。一些資料也有說明并聯(lián)二極管D2是減少開機(jī)過程的浪涌電壓，這個(gè)總體的說法沒錯(cuò)，但我認(rèn)為該保護(hù)二極管D2表面降低的是對(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開關(guān)管。
在開機(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PFC電感的電流相對(duì)比較大，有可能在電源開關(guān)接通的瞬間是在正弦波的最大值，在對(duì)電容充電的過程中PFC電感L有可能會(huì)出現(xiàn)磁飽和的情況，如果此時(shí)PFC電路工作，就麻煩了，流過PFC開關(guān)管的電流就會(huì)失去限制，燒壞開關(guān)管。為防止悲劇發(fā)生，一種方法是對(duì)PFC電路的工作時(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；另一種比較簡單的辦法就是并接在PFC線圈和升壓二極管上一個(gè)旁路二極管，啟動(dòng)瞬間給大電容的充電提供另一個(gè)支路，防止大電流流過PFC線圈造成飽和，避免PFC電路工作瞬間造成開關(guān)管過流，保護(hù)開關(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，減小開機(jī)時(shí)PFC開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，使PFC電路盡快正常工作。
綜述
綜上所述，以上電路中二極管D2的作用是在開機(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。該二極管的作用仍然可以說是減少浪涌電壓的沖擊，但主要是為了減少浪涌電壓對(duì)開關(guān)管造成的威脅，對(duì)升壓二極管也有分流保護(hù)作用，而不是保護(hù)濾波電容的。在開機(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。
整流電路電感的應(yīng)用
高壓鈉燈基本結(jié)構(gòu)是在抽真空的燈管內(nèi)安裝一根半透明的多晶氧化鋁陶瓷電弧管，電弧管應(yīng)選用純度較高的氧化鋁及適當(dāng)?shù)念w粒度，使得透過率達(dá)97%左右。在電弧管的兩端各裝入一個(gè)電極，在鎢電極螺旋中藏有包含氧化鋇和氧化鈣的化合物作為電子發(fā)射材料。高壓鈉燈的電弧管中充入約2.7kPa的氙氣或氬氣作為啟動(dòng)氣體。在高壓鈉燈中，除了充鈉之外，還要充入一定量的汞，以提高燈電壓、光效和功率因數(shù)，減少導(dǎo)熱率。由于高壓鈉燈的電弧管細(xì)而長，啟動(dòng)時(shí)需要一個(gè)至少千伏級(jí)的電壓觸發(fā)。高壓鈉燈在穩(wěn)態(tài)下具有負(fù)阻特性。
電感鎮(zhèn)流器的優(yōu)點(diǎn)：電路簡單、制作方便、成本低。
缺點(diǎn)：工作效率低、功率因數(shù)差。且這些參數(shù)由于電路無反饋而不可控制，將隨著輸入電壓變化而變化，并且也會(huì)隨著燈的老化而惡化。電感鎮(zhèn)流器的這些缺點(diǎn)導(dǎo)致系統(tǒng)成本增加，例如降低燈壽命帶來的頻繁更換成本、對(duì)電網(wǎng)污染帶來的額外線路損耗以及電磁干擾帶來可能的系統(tǒng)故障維護(hù)成本等等。
電感鎮(zhèn)流器的工作原理：
電感鎮(zhèn)流器原理如上圖所示，當(dāng)電路接入交流市電220V電壓時(shí)（一般要大干180V才能保證有效啟動(dòng)），啟動(dòng)器IGN的B、N端短路，市電電壓幾乎全部被加在鎮(zhèn)流器L上以對(duì)其充電。
此后啟動(dòng)器IGN將B、N端斷開，并使B與LP端短路。由于高壓鈉燈尚未被點(diǎn)亮，處于關(guān)斷狀態(tài)，無電流流過，又因?yàn)殡姼猩系碾娏鞑荒芡蛔儯孰姼猩蠈a(chǎn)生至少上千伏的高壓。該電壓與市電一起被加在高壓鈉燈兩端，使鈉燈內(nèi)的氣體被擊穿，燈被點(diǎn)亮。一般該過程被稱為點(diǎn)火階段。
點(diǎn)亮后的燈等效電阻很小，燈壓很低，而此時(shí)與燈串聯(lián)的電感交流阻抗抑制了燈電流，防止電流過大對(duì)電路帶來損害。隨著時(shí)間的推移，鈉燈兩端的電壓開始升高，燈的等效阻抗增大，電流慢慢的減小，最后達(dá)到其額定功率。由于電感的存在，有一部分的能量以電感繞線電阻發(fā)熱和鐵芯渦流損耗等方式被消耗掉，降低了整個(gè)電路的工作效率。