pfc電路中二極體的作用
2021-01-08 電子發燒友相信很少有朋友關心PFC功率矯正電路中電感之後的那個二極體，但是從事電路設計多年的高手一定能夠看出此二極體的作用。實際上，此二極體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生反向電流，對電路造成破壞。
此二極體的作用是開機時對電容進行充電，而不是經過電感。因為開機時充電電流大，無此二極體會造成電感飽和，如果這時PFC啟動的話必將炸機，電源運行後後級電壓高於前級，二極體失去作用。
AC上電時，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，小餘1ohm，熱敏電阻阻抗視溫度而定，如果25c時4ohm，80c時一般根本達不到0.4ohm。
假設機器運行了一段時間，熱敏電阻達到80度，這種溫度並不誇張，在實際運行中是常見的。並且遭遇突然停電又在1分鐘內恢復電力的情況，來電的角度達到了90度，那麼50hz pk衝擊電流就有310/1.5ohm=200a。持續時間可能4ms。
此外，這個二極體還有著正嚮導通的功能，反向電流是通不過的。其主要作用是穩定電流，防止電感自感產生反向電流，對電路產生影響，或對器件有破壞。
可見在PFC電感之後這個二極體雖然並不顯眼，但確實非常重要。雖然在日常使用中幾乎難以察覺其作用，但在關鍵時刻這個二極體能夠起到保護電路整體安全的作用，是必不可少的安全關鍵器件。
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電路的整流電路穩定工作以後，只有在市電電壓的正負峰值附近二極體才導通，產生脈衝電流。造成離線電源功率因數降低的原因在於電流的導通角太小，在半個周期內遠遠小於180°，提高功率因數就要設法使電流的波形在整個周期內追蹤電壓的波形。
既然造成導通角太小的原因是整流器後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初級調整，把兩者進行隔離，此PFC初級調整變換器輸出一個基本穩定的DC電壓，同時其輸入電流能按照和市電一樣的正弦規律變化。
圖2所示電路為加入PFC電路的基本結構和工作原理。通過比較，我們可以比較明確看出PFC電路在電源電路結構中的位置和作用。儘管PFC電路的具體形式繁多，不盡相同，工作模式也不一樣（CCM電流連續型、DCM不連續型、CRM臨界型），但基本的結構大同小異，大部分都是採用升壓的boost拓撲結構，因為這種電路形式優點比較多。這也是一種典型的升壓開關電路，基本的思想就是前面說的把整流電路和大濾波電容分割，通過控制PFC開關管的導通使輸入電流能跟蹤輸入電壓的變化。工作原理並不複雜，徹底搞清楚這個基本電路的原理，就能觸類旁通，給獨立分析電路打下基礎。在這個電路中．PFC電感L在MOS開關管0導通時儲存能量，在開關管截止時．電感L上感應出右正左負的電壓，將導通時儲存的能量通過升壓二極體Dl對大的濾波電容充電，輸出能量，只不過其輸入的電壓是沒有經過濾波的脈動電壓。值得注意的是，平板電視大部分PFC電感L上大都並聯著一個二極體D2，該二極體D2具有保護作用。
大家知道：PFC電路後面大的儲能濾波電容C和PFC電感L是串聯的，由於電感L上的電流不能突變，就對大的濾波電容C的浪湧電流起了限制作用。
快恢復二極體在PFC電路中的作用詳解並聯保護分流二極體D2．由於沒有電感的限制作用，對濾波電容的衝擊反而會更大，但它可以保護升壓二圾管，特別是PFC開關管。Dl是快速恢復二極體（由於開關管是在電感電流不為零的時候關斷的，需要承受更大的應力，要求二極體有極低甚至為零的反向恢復電流），承受浪湧電流的能力較弱。減小反向恢復電流和提高浪湧電壓承載力是相互牽制的，而D2所採用的是普通的整流二極體，承受浪湧電流的能力很強，如1N5407的額定電流3A．浪湧電流可達200A。
該保護二極體D2表面上降低的是對PFC電感和升壓二極體的浪湧衝擊，但實際上還有一個重要的作用：保護PFC開關管。
在開機的瞬間，濾波電容的電壓尚未建立，由於要對大電容充電．通過PFC電感的電流相對比較大。如果在電源開關接通的瞬間是在正弦波的最大值時，對電容充電的過程中PFC電感L有可能會出現磁飽和的情況，此時PFC電路工作就麻煩了，在磁飽和的情況下，流過PFC開關管的電流就會失去限制，燒壞開關管。
為防止悲劇發生，一種方法是對PFC電路工作的工作時序加以控制，即當對大電容的充電完成以後，再啟動PFC電路：另一種比較簡單的辦法就是在PFC線圈到升壓二極體上並聯一隻二極體旁路。啟動的瞬間，給大電容的充電提供另一個支路，防止大電流流過PFC線圈造成飽和，過流損壞開關管，保護開關管，同時該保護二極體D2也分流了升壓二極體D1上的電流，保護了升壓二極體。另外，D2的加入使得對大電容充電過程加快．其上的電壓及時建立，也能使PFC電路的電壓反饋環路及時工作，減小開機時PFC開關管的導通時間．使PFC電路儘快正常工作。
所以，綜上所述，以上電路中二極體D2的作用是在開機瞬間或負載短路、PFC輸出電壓低於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PFCMOS管造成的危險，同時也減輕了PFC電感和升壓二極體的負擔，起到保護作用。
在開機正常工作以後，由於D2右面為B+PFC輸出電壓，電壓比左面高，D2呈反偏截止狀態，對電路的工作沒有影響，D2可選用可承受較大浪湧電流的普通大電流的整流二極體。在有些電源中，PFC後面的電容容量不大，也有的沒有接入保護二極體D2，但如果PFC後面是使用大容量的濾波電容，此二極體是不能減少的，對電路的安全性有著重要的意義。
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