PFC旁路二極管D2的作用是什么?

圖1所示，PFC旁路二極管D2的作用是什么，已經(jīng)是一個(gè)是老生常談的事，今天我們來(lái)好好的討論下。

圖1

網(wǎng)上有這么幾種說(shuō)法：

01

當(dāng)啟動(dòng)的時(shí)候，沖擊電流是從D2流過(guò)，D2是慢管耐沖擊電流比較大，D1是快管，會(huì)損壞二極管。

對(duì)于這一個(gè)觀點(diǎn)，我覺(jué)得是次要原因，因?yàn)槲覀冸S意找一個(gè)600V/10A的快管，他的沖擊電流也不小的，如下圖所示120A：

圖2

我們電源一般的要求沖擊電流時(shí)不會(huì)允許這么大，一般我們都會(huì)在輸入回路里面加NTC，這就會(huì)大大的減小了沖擊電流，還有就時(shí)沒(méi)有D2，開(kāi)機(jī)的瞬間L1時(shí)會(huì)串在里面，L1時(shí)有一定的感抗，這樣沖擊電流應(yīng)該會(huì)更小，更不能說(shuō)明時(shí)保護(hù)D1的作用了。

在這里好像有點(diǎn)說(shuō)不過(guò)去，難道這種說(shuō)法時(shí)錯(cuò)誤的嗎？？應(yīng)該也不會(huì)。據(jù)我所知道是以前時(shí)沒(méi)有這個(gè)二極管的，后來(lái)隨著技術(shù)的的發(fā)展而加上的。

原因是CCM模式的PFC二極管的反向恢復(fù)電流太大，損耗比較大，PFC mos管的溫升高，效率做不上去，技術(shù)的發(fā)展碳化硅二極管的應(yīng)用開(kāi)始流行在CCM模式里面，碳化硅二極管與普通的快恢復(fù)的二極管優(yōu)勢(shì)很明顯，我們有做個(gè)實(shí)驗(yàn)用普通的快恢復(fù)二極管做的500W。

PFC就換一個(gè)碳化硅，輸出功率不變的情況下，輸入會(huì)少7W，效率明顯提升很多，雖然成本上去了，但是散熱成本降下來(lái)了，綜合來(lái)看，成本上升很小，但是正確效率提升是一個(gè)大的亮點(diǎn)，這有點(diǎn)扯題外話了。碳化硅二極管的特性是耐沖擊電流太小。

圖3

如下圖就是碳化硅的參數(shù)

圖4

從上圖中我明顯看到碳化硅的沖擊電流只有30.5A還是在25攝氏度的是，高溫下更低。隨碳化硅二極管的應(yīng)用，D2就必須的用。

02

看上面的描述。感覺(jué)是不用碳化硅就不需要了用了？臨界模式下PFC都是快恢復(fù)的二極管，應(yīng)該不用也可以，我有實(shí)驗(yàn)過(guò)不用，反復(fù)開(kāi)機(jī)沒(méi)有任何問(wèn)題。但是很多工程師會(huì)有一下的疑問(wèn)。

圖5所示：

如果沒(méi)有旁路二極管D2，開(kāi)機(jī)時(shí)的沖擊電流比較大直接流過(guò)PFC電感L1，現(xiàn)在很多的PFC電感是鐵氧體的磁芯，會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，有了D2可以起到一個(gè)很好的保護(hù)作用。

乍一聽(tīng)好像是這樣，但是仔細(xì)想想，當(dāng)沖擊電流來(lái)的時(shí)候電感飽和又會(huì)怎么樣了，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候我們的PWM還沒(méi)有輸出，就算飽和了也沒(méi)有事情，等我們的PWM發(fā)出的時(shí)候，電感已經(jīng)恢復(fù)了。

圖5

這是一個(gè)我們值得深思的問(wèn)題，感覺(jué)不用是可以的，是不是大家看到CCM模式有用就隨大眾加了，真的是這樣嗎，我想當(dāng)然是不可能的。

這個(gè)D2的出現(xiàn)還有一個(gè)非常大的原因就是隨電源技術(shù)的發(fā)展，各種可靠性實(shí)驗(yàn)越來(lái)越多，其中的雷擊實(shí)驗(yàn)是越來(lái)越嚴(yán)酷，現(xiàn)在有些客戶可能要求差模與共模都是10KV 內(nèi)阻2歐姆，在這么嚴(yán)酷的實(shí)驗(yàn)要求下，D2就應(yīng)運(yùn)而生了。當(dāng)我說(shuō)到這里的時(shí)候有很多的工程師都來(lái)知道怎么回事了，特別是經(jīng)常做雷擊實(shí)驗(yàn)的工程師肯定是深有體會(huì)。下面我們來(lái)分析是什么原因。

圖6

如圖6所示，當(dāng)PWM驅(qū)動(dòng)波形是高電平時(shí)，MOSFET打開(kāi)，電流從L1流入MOSFET ，這時(shí)候MOSFET雷擊的浪涌電流正好發(fā)生，那么一個(gè)很大的電流將進(jìn)入L1與MOSFET，L1會(huì)出現(xiàn)飽和，一但飽和，我們的電感就相當(dāng)與短路，那MOS管Q1上的壓降等于輸入電壓，因?yàn)镸OS管時(shí)在開(kāi)通狀態(tài)，現(xiàn)在的MOS管等于是一很小的電阻，一般都是mΩ級(jí)別，那MOS管的電流一定會(huì)過(guò)應(yīng)力而損壞MOSFEG。

有人會(huì)問(wèn)我的L1電感非常強(qiáng)壯，不會(huì)出現(xiàn)飽和，這種可能性太小了，雷擊浪涌實(shí)驗(yàn)感應(yīng)過(guò)來(lái)的電流一般都是幾百上千安培，你的有多大的電感，假設(shè)這種情況成立，L1上可以承受這么大的電流，電感上的自感電動(dòng)勢(shì)也非常高，會(huì)使得A點(diǎn)電壓過(guò)高，也有會(huì)使整流橋電壓過(guò)應(yīng)力損壞。

圖7

03

還有一種說(shuō)法在網(wǎng)上可以查到：

不加旁路二級(jí)管，如果功率MOSFET發(fā)生失效，那么，發(fā)生失效的條件通常是：輸出滿負(fù)載，系統(tǒng)進(jìn)行老化測(cè)試、輸入掉電測(cè)試以及輸入AC電源插拔的過(guò)程中。

在上述條件下，輸入電壓瞬態(tài)的降到較低值或0V，由于輸出滿載，PFC輸出大電容的電壓VBUS迅速降低到非常低的值，PFC控制IC的VCC的電容大，VCC的電流小，因此，VCC的掉電速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于VBUS的掉電速度，VCC的掉電速度慢，只要VCC高于PFC控制IC的VCC的UVLO，那么PFC控制IC仍然在工作。

當(dāng)VCC的值比UVLO稍高一點(diǎn)時(shí)，輸入電源AC再加電，PFC控制IC沒(méi)有軟起動(dòng)過(guò)程直接工作，由于輸出電壓比較低，特別是在輸入正弦波峰值點(diǎn)附近開(kāi)通功率MOSFET，PFC電感和功率MOSFET的工作峰值電流非常大，如果電感的飽和電流余量不夠，或PFC的電流取樣電阻選取得過(guò)小時(shí)，PFC電感有可能發(fā)生飽和，功率MOSFET在大電流的沖擊下，就有可能發(fā)生損壞。

同時(shí)，功率MOSFET的VGS電壓比較低，約等于PFC控制IC的VCC的UVLO電壓，如果功率MOSFET的飽和電流比較低，就有可能會(huì)進(jìn)入線性區(qū)工作，更容易導(dǎo)致功率MOSFET線性區(qū)工作而損壞。

如果電流取樣電阻RS在功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)回路中，就是PFC控制IC的地，沒(méi)有直接連接到功率MOSFET的源極S，功率MOSFET的VGS實(shí)際電壓為：

VGS=VCC-VDRH-VRS

其中，VDRH為PFC控制IC內(nèi)部圖騰柱上管的導(dǎo)通壓降

上面這種說(shuō)法有一定的道理，但是我覺(jué)的還是一些次要原因，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里面110VAC老化的過(guò)程中，可以通過(guò)source90°相位來(lái)切換電壓到230V，只是可以明顯看到我們的PFC會(huì)過(guò)流的，但是我過(guò)流點(diǎn)做好了是不會(huì)出現(xiàn)上面說(shuō)的損壞MOS管的情況。

原文標(biāo)題：牛人講解PFC旁路二極管的作用，三種說(shuō)法結(jié)合更易懂！

文章出處：【微信公眾號(hào)：電源研發(fā)精英圈】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯：haq