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PFC旁路二极管D2的作用是什么?

电源研发精英圈 来源:电源研发精英圈 作者:电源研发精英圈 2021-02-26 15:12 次阅读

图1所示,PFC旁路二极管D2的作用是什么,已经是一个是老生常谈的事,今天我们来好好的讨论下。

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图1

网上有这么几种说法:

01

当启动的时候,冲击电流是从D2流过,D2是慢管耐冲击电流比较大,D1是快管,会损坏二极管。

对于这一个观点,我觉得是次要原因,因为我们随意找一个600V/10A的快管,他的冲击电流也不小的,如下图所示120A:

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图2

我们电源一般的要求冲击电流时不会允许这么大,一般我们都会在输入回路里面加NTC,这就会大大的减小了冲击电流,还有就时没有D2,开机的瞬间L1时会串在里面,L1时有一定的感抗,这样冲击电流应该会更小,更不能说明时保护D1的作用了。

在这里好像有点说不过去,难道这种说法时错误的吗??应该也不会。据我所知道是以前时没有这个二极管的,后来随着技术的的发展而加上的。

原因是CCM模式的PFC二极管的反向恢复电流太大,损耗比较大,PFC mos管的温升高,效率做不上去,技术的发展碳化硅二极管的应用开始流行在CCM模式里面,碳化硅二极管与普通的快恢复的二极管优势很明显,我们有做个实验用普通的快恢复二极管做的500W。

PFC就换一个碳化硅,输出功率不变的情况下,输入会少7W,效率明显提升很多,虽然成本上去了,但是散热成本降下来了,综合来看,成本上升很小,但是正确效率提升是一个大的亮点,这有点扯题外话了。碳化硅二极管的特性是耐冲击电流太小。

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图3

如下图就是碳化硅的参数

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图4

从上图中我明显看到碳化硅的冲击电流只有30.5A还是在25摄氏度的是,高温下更低。随碳化硅二极管的应用,D2就必须的用。

02

看上面的描述。感觉是不用碳化硅就不需要了用了?临界模式下PFC都是快恢复的二极管,应该不用也可以,我有实验过不用,反复开机没有任何问题。但是很多工程师会有一下的疑问。

图5所示:

如果没有旁路二极管D2,开机时的冲击电流比较大直接流过PFC电感L1,现在很多的PFC电感是铁氧体的磁芯,会出现饱和现象,有了D2可以起到一个很好的保护作用。

乍一听好像是这样,但是仔细想想,当冲击电流来的时候电感饱和又会怎么样了,因为这个时候我们的PWM还没有输出,就算饱和了也没有事情,等我们的PWM发出的时候,电感已经恢复了。

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图5

这是一个我们值得深思的问题,感觉不用是可以的,是不是大家看到CCM模式有用就随大众加了,真的是这样吗,我想当然是不可能的。

这个D2的出现还有一个非常大的原因就是随电源技术的发展,各种可靠性实验越来越多,其中的雷击实验是越来越严酷,现在有些客户可能要求差模与共模都是10KV 内阻2欧姆,在这么严酷的实验要求下,D2就应运而生了。当我说到这里的时候有很多的工程师都来知道怎么回事了,特别是经常做雷击实验的工程师肯定是深有体会。下面我们来分析是什么原因。

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图6

如图6所示,当PWM驱动波形是高电平时,MOSFET打开,电流从L1流入MOSFET ,这时候MOSFET雷击的浪涌电流正好发生,那么一个很大的电流将进入L1与MOSFET,L1会出现饱和,一但饱和,我们的电感就相当与短路,那MOS管Q1上的压降等于输入电压,因为MOS管时在开通状态,现在的MOS管等于是一很小的电阻,一般都是mΩ级别,那MOS管的电流一定会过应力而损坏MOSFEG。

有人会问我的L1电感非常强壮,不会出现饱和,这种可能性太小了,雷击浪涌实验感应过来的电流一般都是几百上千安培,你的有多大的电感,假设这种情况成立,L1上可以承受这么大的电流,电感上的自感电动势也非常高,会使得A点电压过高,也有会使整流桥电压过应力损坏。

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图7

03

还有一种说法在网上可以查到:

不加旁路二级管,如果功率MOSFET发生失效,那么,发生失效的条件通常是:输出满负载,系统进行老化测试、输入掉电测试以及输入AC电源插拔的过程中。

在上述条件下,输入电压瞬态的降到较低值或0V,由于输出满载,PFC输出大电容的电压VBUS迅速降低到非常低的值,PFC控制IC的VCC的电容大,VCC的电流小,因此,VCC的掉电速度远远小于VBUS的掉电速度,VCC的掉电速度慢,只要VCC高于PFC控制IC的VCC的UVLO,那么PFC控制IC仍然在工作。

当VCC的值比UVLO稍高一点时,输入电源AC再加电,PFC控制IC没有软起动过程直接工作,由于输出电压比较低,特别是在输入正弦波峰值点附近开通功率MOSFET,PFC电感和功率MOSFET的工作峰值电流非常大,如果电感的饱和电流余量不够,或PFC的电流取样电阻选取得过小时,PFC电感有可能发生饱和,功率MOSFET在大电流的冲击下,就有可能发生损坏。

同时,功率MOSFET的VGS电压比较低,约等于PFC控制IC的VCC的UVLO电压,如果功率MOSFET的饱和电流比较低,就有可能会进入线性区工作,更容易导致功率MOSFET线性区工作而损坏。

如果电流取样电阻RS在功率MOSFET的驱动回路中,就是PFC控制IC的地,没有直接连接到功率MOSFET的源极S,功率MOSFET的VGS实际电压为:

VGS=VCC-VDRH-VRS

其中,VDRH为PFC控制IC内部图腾柱上管的导通压降

上面这种说法有一定的道理,但是我觉的还是一些次要原因,我们在实验室里面110VAC老化的过程中,可以通过source90°相位来切换电压到230V,只是可以明显看到我们的PFC会过流的,但是我过流点做好了是不会出现上面说的损坏MOS管的情况。

责任编辑:lq

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