雷擊浪涌時(shí)無(wú)橋PFC電路分析

圖4 傳統(tǒng)PFC電路

電路圖說(shuō)明：

1. L,N是EMI濾波器之后的L、N線；

2. Q1和Q1A并聯(lián)開(kāi)關(guān)管；

3. D7為防雷防浪涌二極管

4. B101是整流橋。

圖5 無(wú)橋PFC主電路拓?fù)?/p>

電路圖說(shuō)明：

1. L_M,L_N是經(jīng)過(guò)M2板EMI濾波器之后的L、N線；

2. Q101和Q102、Q103和Q104，D101和D102，D103和D104分別并聯(lián)；

3. RV104為第二級(jí)壓敏電阻

4. B105是用于抗浪涌沖擊電流的跨接橋。

5. C195、C196為解決無(wú)橋PFC電路EMI問(wèn)題而設(shè)置的跨接電容

6. L105和L106為PFC電感

傳統(tǒng)PFC防雷防浪涌電路分析

如圖4所示，開(kāi)關(guān)管與二極管的電壓應(yīng)力始終處于GND與Vpfc兩個(gè)電平。雷擊浪涌發(fā)生時(shí)，由于防雷二極管D7的存在，很大部分的能量通過(guò)D7瀉放，從而保護(hù)了開(kāi)關(guān)管和二極管，同時(shí)，他將整流橋上的輸入殘壓和二極管承受的反壓嵌位在Vpfc附近，從而避免了整流橋的電壓擊穿。

圖8 浪涌時(shí)整流橋輸入LN殘壓波形

圖9 浪涌時(shí)整流橋體內(nèi)二極管上的反壓波形

雷擊浪涌時(shí)無(wú)橋PFC電路分析

無(wú)橋PFC在一個(gè)工頻周期內(nèi)根據(jù)輸入電壓的極性可分為兩個(gè)階段：正半工作周期和負(fù)半工作周期。圖5所示為輸入工頻正半周期的無(wú)橋PFC的工作過(guò)程，當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q1和Q2開(kāi)通時(shí)，輸入AC+、L105、Q1、Q2、L106和AC-構(gòu)成回路，當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)，輸入AC+、L105、D1、Load、Q2、L106和AC-構(gòu)成回路。負(fù)半工作周期工作過(guò)程類(lèi)似。

（a）工頻正半工作周期，Q1和Q2開(kāi)通

（b）工頻正半工作周期，Q1關(guān)斷

圖10 無(wú)橋PFC電路工作過(guò)程（工頻正半工作周期）

為了便于分析，無(wú)橋PFC主電路簡(jiǎn)化為如圖5所示的電路，根據(jù)無(wú)橋PFC電路的工作過(guò)程的分析：

Vs為輸入電壓疊加浪涌殘壓，C3、C2為跨接電容，C1為母線電容

將電路中所有的半導(dǎo)體器件看成理想器件。

在狀態(tài)a發(fā)生浪涌或雷擊時(shí)（請(qǐng)參考圖10（a）示意圖）：

5.3.1 .1防雷橋應(yīng)力分析

Vl>Vn ,B105的1，3管腳承受一個(gè)反壓，其峰值等于Vs；反之，B105的1，2管腳承受一個(gè)反壓，其峰值等于Vs

圖11 殘壓Vs 波形

圖12 防雷橋B105體內(nèi)二極管反壓波形

另外電路要通過(guò)防雷橋背釋放雷擊浪涌能量。

圖13 防雷橋B105到正母線的沖擊電流波形

跨接電容應(yīng)力分析：

根據(jù)捷爾霍夫定律 Vc2+Vc3=Vs，由于防雷橋的嵌位作用，C2或C3的正相電位被嵌位在母線電壓附近，因此兩個(gè)電容的du/dt不一樣，流過(guò)的電流也會(huì)不一樣。

圖14 跨接電容C2、C3電壓波形

Q1、Q2、D1和D2應(yīng)力分析

由于Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，所以A、B兩點(diǎn)電位近似于AGDN,D1和D2承受的反壓大致等于母線電壓。所以管子的電壓應(yīng)力不存在風(fēng)險(xiǎn)。但是電流應(yīng)力會(huì)比較大，需要測(cè)量MOS電流應(yīng)力，查器件資料，核算是否滿足器件的單次不重復(fù)電流限值要求。

電感電應(yīng)力分析

Vs=Vl105+Vl106

因?yàn)镼1和Q2都導(dǎo)通，所以A、B兩點(diǎn)電位近似于零電位，由于防雷橋二極管的嵌位作用，L105或L106總有一個(gè)電壓嵌位在母線電壓附近。

同樣，由于防雷橋二極管的存在，兩個(gè)電感的電流不會(huì)一樣

在狀態(tài)b發(fā)生浪涌或雷擊時(shí)（請(qǐng)參考圖10(b)示意圖）：

防雷橋應(yīng)力分析

Vl>Vn ,B105的1，3管腳承受一個(gè)反壓，其峰值等于Vs；反之，B105的1，2管腳承受一個(gè)反壓，其峰值等于Vs 。一個(gè)橋臂必然要通過(guò)電流釋放雷擊浪涌能量.

圖15防雷橋B105到正母線的沖擊電流波形

跨接電容應(yīng)力分析：

根據(jù)捷爾霍夫定律 Vc2+Vc3=Vs，由于防雷橋的嵌位作用，C2或C3的正相電位被嵌位在母線電壓附近

Q1、Q2、D1和D2應(yīng)力分析

由于Q1管斷，Q2導(dǎo)通，所以B電位近似于AGDN,A點(diǎn)電位近似于PFC母線電壓。D2承受的反壓大致等于母線電壓，D1的反壓近似于零。所以管子的電壓應(yīng)力不存在風(fēng)險(xiǎn)。但是電流應(yīng)力會(huì)比較大，需要測(cè)量MOS電流應(yīng)力，查器件資料，核算是否滿足器件的單次不重復(fù)電流限值要求。

電感電應(yīng)力分析

Vs=Vl105+Vl106+Vpfc

由于Q1管斷，Q2導(dǎo)通，所以B電位近似于AGDN,A點(diǎn)電位近似于PFC母線電壓,而L_M1的電位由于防雷橋二極管嵌位在PFC母線電壓。所以浪涌雷擊時(shí)L105兩端電壓為零。， L106的兩端電壓為Vl106=Vs-Vpfc

同樣，兩個(gè)電感的電流不會(huì)一樣，L105在某個(gè)特定時(shí)刻（L>N）幾乎沒(méi)有電流

圖16 電感L105、L106電流波形