PFC电路中保护二极管的作用分析

PFC电路中保护二极管的作用分析

一、概述

为了提高电网的功率因数，减少干扰，大多数电源都采用了有源PFC 电路，尽管电路的具体形式繁多，不尽相同，工作模式也不一样(CCM电流连续型、DCM不连续型、BCM临界型），但基本的结构大同小异，大都是采用BOOST升压拓扑结构。如下图所示，这是一典型的升压开关电源，基本的思想就是把整流电路和大滤波电容分割，通过控制PFC开-关管的导通使输入电流能跟踪输入电压的变化，获得理想的功率因数，减少电磁干扰EMI和稳定开关电源中开关管的工作电压。在这个电路中，PFC电感L 在MOS开关管Q导通时储存能量，在开关管截止时，电感L上感应出右正左负的电压，将导通时储存的能量通过升压二极管D1对大的滤波电容充电，输出能量。Boost升压PFC电感L上都并连着一个二极管D2。现对图中D2的作用进行分析。

二、实验测试

通过以下测试，测试主要器件的波形，来验证保护二极管的主要功能，

实验一

matlab进行仿真实验，输入220vac，输入没有启动电阻，当保护二极管在PFC电路中时，测试PFC电感电流和保护二极管的电流。

如下图：，当保护二极管存在时，PFC上的电感电流平缓的升高。保护二极管在上电时导通，电流峰值有45A左右。之后不参与电路工作。

PFC电感电流波形

保护二极管电流波形

实验二

matlab进行仿真实验，输入220vac，输出母线410V，输入没有启动电阻，当去掉保护二极管时，测试PFC电感的电流。

当去掉保护二极管时，PFC上的电感电流会有较大的电流浪涌。此电流峰值达到55A左右。

PFC电感电流波形

如果电源工作在此条件下，在开机的瞬间，滤波电容的电压尚未建立，由于要对大电容充电，通过PFC电感的电流相对比较大，有可能在电源开关接通的瞬间是在正弦波的最大值，在对电容充电的过程中PFC电感L有可能会出现磁饱和的情况，如果此时PFC电路工作，流过PFC开关管的电流就会失去限制，烧坏开关管。

实验三

输入220vac，输出母线410V，测试2.0模块测试PFC电感电流和保护二极管的电流。测试前段存在51Ω的启动电阻。当存在保护二极管，测试波形如下：黄色为PFC电感电流，最大值4A左右；绿色为保护二极管的电流波形，峰值电流7A左右。紫色为母线电压波形。

实验四

输入220vac，输出母线410V，测试2.0模块测试PFC电感电流。测试前段存在51Ω的启动电阻。去掉保护二极管，测试波形如下：绿色为PFC电感电流，黄色为输入电压波形，蓝色为母线电容电压。

此时PFC电感电流峰值为8A左右。此时电流相比于存在保护二极管的电流会增加，但是由于存在启动电阻，此电流也不会很大。

三、结论

1、当PFC电路没有启动电阻时，开机瞬间保护二极管能降低PFC电感上的

电流，防止较大电流造成PFC电感饱和，损坏开关管。

2、当后端存在启动电阻时，此保护二极管的左右相对较小。

3、特殊情况下如：负载短路、PFC输出电压低于输入电压的非正常状况给

电容提供充电路径，防止PFC电感磁饱和对PFCMOS管造成的危险，同

时也减轻了PFC电感和升压二极管的负担，起到保护作用。

4、