相信很少有朋友關(guān)心PFC功率矯正電路中電感之后的那個(gè)二極管,但是從事電路設(shè)計(jì)多年的高手一定能夠看出此二極管的作用。實(shí)際上,此二極管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(chǎn)生反向電流,對(duì)電路造成破壞。
此二極管的作用是開機(jī)時(shí)對(duì)電容進(jìn)行充電,而不是經(jīng)過電感。因?yàn)殚_機(jī)時(shí)充電電流大,無此二極管會(huì)造成電感飽和,如果這時(shí)PFC啟動(dòng)的話必將炸機(jī),電源運(yùn)行后后級(jí)電壓高于前級(jí),二極管失去作用。
AC上電時(shí),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,小余1ohm,熱敏電阻阻抗視溫度而定,如果25c時(shí)4ohm,80c時(shí)一般根本達(dá)不到0.4ohm。
假設(shè)機(jī)器運(yùn)行了一段時(shí)間,熱敏電阻達(dá)到80度,這種溫度并不夸張,在實(shí)際運(yùn)行中是常見的。并且遭遇突然停電又在1分鐘內(nèi)恢復(fù)電力的情況,來電的角度達(dá)到了90度,那么50hz pk沖擊電流就有310/1.5ohm=200a。持續(xù)時(shí)間可能4ms。
此外,這個(gè)二極管還有著正向?qū)ǖ墓δ埽聪螂娏魇峭ú贿^的。其主要作用是穩(wěn)定電流,防止電感自感產(chǎn)生反向電流,對(duì)電路產(chǎn)生影響,或?qū)ζ骷衅茐摹?/p>
可見在PFC電感之后這個(gè)二極管雖然并不顯眼,但確實(shí)非常重要。雖然在日常使用中幾乎難以察覺其作用,但在關(guān)鍵時(shí)刻這個(gè)二極管能夠起到保護(hù)電路整體安全的作用,是必不可少的安全關(guān)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(wěn)定工作以后,只有在市電電壓的正負(fù)峰值附近二極管才導(dǎo)通,產(chǎn)生脈沖電流。造成離線電源功率因數(shù)降低的原因在于電流的導(dǎo)通角太小,在半個(gè)周期內(nèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于180°,提高功率因數(shù)就要設(shè)法使電流的波形在整個(gè)周期內(nèi)追蹤電壓的波形。
既然造成導(dǎo)通角太小的原因是整流器后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(jí)初級(jí)調(diào)整,把兩者進(jìn)行隔離,此PFC初級(jí)調(diào)整變換器輸出一個(gè)基本穩(wěn)定的DC電壓,同時(shí)其輸入電流能按照和市電一樣的正弦規(guī)律變化。
圖2所示電路為加入PFC電路的基本結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中的位置和作用。盡管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(xù)型、DCM不連續(xù)型、CRM臨界型),但基本的結(jié)構(gòu)大同小異,大部分都是采用升壓的boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),因?yàn)檫@種電路形式優(yōu)點(diǎn)比較多。這也是一種典型的升壓開關(guān)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(guān)管的導(dǎo)通使輸入電流能跟蹤輸入電壓的變化。工作原理并不復(fù)雜,徹底搞清楚這個(gè)基本電路的原理,就能觸類旁通,給獨(dú)立分析電路打下基礎(chǔ)。在這個(gè)電路中.PFC電感L在MOS開關(guān)管0導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量,在開關(guān)管截止時(shí).電感L上感應(yīng)出右正左負(fù)的電壓,將導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的能量通過升壓二極管Dl對(duì)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(jīng)過濾波的脈動(dòng)電壓。值得注意的是,平板電視大部分PFC電感L上大都并聯(lián)著一個(gè)二極管D2,該二極管D2具有保護(hù)作用。
大家知道:PFC電路后面大的儲(chǔ)能濾波電容C和PFC電感L是串聯(lián)的,由于電感L上的電流不能突變,就對(duì)大的濾波電容C的浪涌電流起了限制作用。
快恢復(fù)二極管在PFC電路中的作用詳解
并聯(lián)保護(hù)分流二極管D2.由于沒有電感的限制作用,對(duì)濾波電容的沖擊反而會(huì)更大,但它可以保護(hù)升壓二圾管,特別是PFC開關(guān)管。Dl是快速恢復(fù)二極管(由于開關(guān)管是在電感電流不為零的時(shí)候關(guān)斷的,需要承受更大的應(yīng)力,要求二極管有極低甚至為零的反向恢復(fù)電流),承受浪涌電流的能力較弱。減小反向恢復(fù)電流和提高浪涌電壓承載力是相互牽制的,而D2所采用的是普通的整流二極管,承受浪涌電流的能力很強(qiáng),如1N5407的額定電流3A.浪涌電流可達(dá)200A。
該保護(hù)二極管D2表面上降低的是對(duì)PFC電感和升壓二極管的浪涌沖擊,但實(shí)際上還有一個(gè)重要的作用:保護(hù)PFC開關(guān)管。
在開機(jī)的瞬間,濾波電容的電壓尚未建立,由于要對(duì)大電容充電.通過PFC電感的電流相對(duì)比較大。如果在電源開關(guān)接通的瞬間是在正弦波的最大值時(shí),對(duì)電容充電的過程中PFC電感L有可能會(huì)出現(xiàn)磁飽和的情況,此時(shí)PFC電路工作就麻煩了,在磁飽和的情況下,流過PFC開關(guān)管的電流就會(huì)失去限制,燒壞開關(guān)管。
為防止悲劇發(fā)生,一種方法是對(duì)PFC電路工作的工作時(shí)序加以控制,即當(dāng)對(duì)大電容的充電完成以后,再啟動(dòng)PFC電路:另一種比較簡(jiǎn)單的辦法就是在PFC線圈到升壓二極管上并聯(lián)一只二極管旁路。啟動(dòng)的瞬間,給大電容的充電提供另一個(gè)支路,防止大電流流過PFC線圈造成飽和,過流損壞開關(guān)管,保護(hù)開關(guān)管,同時(shí)該保護(hù)二極管D2也分流了升壓二極管D1上的電流,保護(hù)了升壓二極管。另外,D2的加入使得對(duì)大電容充電過程加快.其上的電壓及時(shí)建立,也能使PFC電路的電壓反饋環(huán)路及時(shí)工作,減小開機(jī)時(shí)PFC開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間.使PFC電路盡快正常工作。
所以,綜上所述,以上電路中二極管D2的作用是在開機(jī)瞬間或負(fù)載短路、PFC輸出電壓低于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(duì)PFCMOS管造成的危險(xiǎn),同時(shí)也減輕了PFC電感和升壓二極管的負(fù)擔(dān),起到保護(hù)作用。
在開機(jī)正常工作以后,由于D2右面為B+PFC輸出電壓,電壓比左面高,D2呈反偏截止?fàn)顟B(tài),對(duì)電路的工作沒有影響,D2可選用可承受較大浪涌電流的普通大電流的整流二極管。在有些電源中,PFC后面的電容容量不大,也有的沒有接入保護(hù)二極管D2,但如果PFC后面是使用大容量的濾波電容,此二極管是不能減少的,對(duì)電路的安全性有著重要的意義。
評(píng)論
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