想问天BOOST升压二极管作用

时间：2021-09-06 15:22:08

关键字：二极管升压 ST

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[导读] 巧学模电数电单片机|微信红包为了提高电网的功率因数并且减少干扰，平板电视的大多数电源都采用了有源PFC电路，尽管电路的具体形式不尽相同，工作模式也不一样，但基本的结构大同小异，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...

巧学模电数电单片机 | 微信红包为了提高电网的功率因数并且减少干扰，平板电视的大多数电源都采用了有源PFC电路，尽管电路的具体形式不尽相同，工作模式也不一样，但基本的结构大同小异，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进行分割，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。

观点众说纷纭

关于这个二极管的作用，在电源工程师中有一些不同的看法，摘录如下：

说法一：

减少浪涌电压对电容的冲击在开机瞬间限制PFC电感L因浪涌电流产生巨大的自感电势，从而造成电路故障。

如果在电源开关接通的瞬间是在正弦波的最大值峰点附近，那么给电感所加的是一个突变的电压，会引起电感L上产生极大的自感电势，该电势是所加电压的两倍以上，并形成较大的电流对后面的电容充电，轻则引起输入电路的保险丝熔断，重则引起滤波电容及斩波开关管Q击穿。

设置保护二极管D2后在接通电源的瞬间，由D2导通并对C充电，使流过PFC电感L的电流大大减小，产生的自感电势也要小得多，对滤波电容和开关管的危害及保险丝的熔断可能要小得多。

说法二：

减少浪涌电压对升压二极管的冲击该二极管分流一部分PFC电感和升压二极管支路的电流，因而能对升压二极管起保护作用。

误区解析

以上的观点都提到了该二极管D2的保护作用，都有一定的道理，但上述的有些解释有值得商榷的地方。

大家知道：PFC电路后面大的储能滤波电容C和PFC电感L是串联的，由于电感L上的电流不能突变，PFC电感本身对大的滤波电容C的浪涌电流起限制作用，不会出现观点一提到的电源开关接通的瞬间电感L1上产生极大的自感电势时电容的充电的情况，因为自感电势的方向也是左正右负，此观点令人费解。

并联保护分流二极管D2以后，这一路由于没有电感的限制作用，对滤波电容的冲击反而会更大，不会减小。

实践也证明，去掉二极管D2后，电容C上的浪涌冲击反而减小。

观点二的说法是有一定的道理，因为D1是快速恢复二极管，承受浪涌电流的能力较弱，减小反向恢复电流和提高浪涌电压承载力是相互牵制的，而D1所采用的普通整流二极管承受浪涌电流的能力很强，如1N5407的额定电流3A，浪涌电流可达200A。

不过由于升压二极管D1有串接的PFC电感L的限流作用，笔者认为保护二极管D2的最主要作用还不仅仅是保护升压管D1。

一些资料也有说明并联二极管D2是减少开机过程的浪涌电压，这个总体的说法没错，但我认为该保护二极管D2表面降低的是对PFC电感和升压二极管的浪涌冲击，但实际上还有一个重要的作用：保护PFC开关管。

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，就麻烦了，流过PFC开关管的电流就会失去限制，烧坏开关管。

为防止悲剧发生，一种方法：是对PFC电路的工作时序加以控制，即当对大电容的充电完成以后，再启动PFC电路。

另一种比较简单的办法：就是并在PFC线圈和升压二极管上一个旁路二极管，启动瞬间给大电容的充电提供另一个支路。

防止大电流流过PFC线圈造成饱和，避免PFC电路工作瞬间造成开关管过流，保护开关管，同时该保护二极管D2也分流了升压二极管D1上的电流，保护了升压二极管。

另外，D2的加入使得对大电容充电过程加快，其上的电压及时建立，也能使PFC电路的电压反馈环路及时工作，减小开机时PFC开关管的导通时间，使PFC电路尽快正常工作。

综述

综上所述，以上电路中二极管D2的作用是在开机瞬间或负载短路、PFC输出电压低于输入电压的非正常状况下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。

该二极管的作用仍然可以说是减少浪涌电压的冲击，但主要是为了减少浪涌电压对开关管造成的威胁，对升压二极管也有分流保护作用，而不是保护滤波电容的。

在开机正常工作以后，由于D2右面为PFC输出电压，电压比左面的要高，D2呈反偏截止状态，对电路的工作没有影响，D2可选用可承受较大浪涌电流的普通大电流的整流二极管。

在有些电源中，PFC后面的电容容量不大，也有的没有接入保护二极管D2，但如果PFC后面是使用是大容量的滤波电容，此二极管是不能减少的，对电路的安全性有着重要的意义！

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