升壓PFC電感上的二極管(通常稱為旁路二極管)主要作用是?在開機(jī)瞬間或異常情況下分流電流，防止電感飽和和開關(guān)管損壞?，同時(shí)減輕升壓二極管的負(fù)擔(dān)。

核心功能

?防止電感飽和?：開機(jī)時(shí)濾波電容未充電，輸入電流直接通過(guò)電感充電，可能導(dǎo)致電感飽和。旁路二極管提供另一充電路徑，限制電感電流，避免飽和引發(fā)開關(guān)管過(guò)流損壞 。 ?

?保護(hù)開關(guān)管?：通過(guò)分流電流，降低開關(guān)管在啟動(dòng)時(shí)的導(dǎo)通電流應(yīng)力，防止因電感飽和導(dǎo)致的過(guò)流故障 。 ?

其他作用

?減少浪涌電壓沖擊?：分流部分電流，降低對(duì)升壓二極管的反向恢復(fù)壓力，但實(shí)際對(duì)濾波電容的浪涌抑制效果有限 。 ?

?加速系統(tǒng)啟動(dòng)?：幫助電容快速充電，使PFC電路電壓反饋環(huán)路及時(shí)工作，縮短啟動(dòng)時(shí)間 。 ?

爭(zhēng)議點(diǎn)

部分觀點(diǎn)認(rèn)為該二極管可保護(hù)濾波電容，但實(shí)際中電感的限流作用已限制浪涌電流，旁路二極管反而可能增加電容沖擊 。 ?

升壓PFC電感上的二極管(通常稱為旁路二極管)主要有以下作用：

限制浪涌電流

在電源開機(jī)瞬間，輸出電容電壓尚未建立，此時(shí)通過(guò)旁路二極管對(duì)電容充電可減少電感電流突變，從而降低浪涌電流對(duì)功率開關(guān)管(如MOSFET)的沖擊。 ?

保護(hù)主開關(guān)管

旁路二極管分流部分電流，避免功率開關(guān)管因過(guò)大電流損壞。尤其在輸入電壓正弦波峰值附近開機(jī)時(shí)，電感飽和會(huì)導(dǎo)致電流劇增，通過(guò)二極管將能量轉(zhuǎn)移到輸出電容，減少開關(guān)管的過(guò)流風(fēng)險(xiǎn)。 ?

提升系統(tǒng)穩(wěn)定性

通過(guò)快速導(dǎo)通特性，使輸出電壓更快建立，減少電感飽和的可能性，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)雷擊等瞬態(tài)干擾的抵抗能力。 ?

優(yōu)化電磁兼容性

旁路二極管可降低電感飽和時(shí)產(chǎn)生的反向電流，減少電磁干擾(EMI)問(wèn)題，提升電源整體穩(wěn)定性。 ?

為了提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，減少干擾，平板電視的大多數(shù)電源都采用了有源PFC電路，盡管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、BCM臨界型)，但基本的結(jié)構(gòu)大同小異，都是采用BOOST升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如下圖所示，這是一典型的升壓開關(guān)電源，基本的思想就是把整流電路和大濾波電容分割，通過(guò)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，獲得理想的功率因數(shù)，減少電磁干擾EMI和穩(wěn)定開關(guān)電源中開關(guān)管的工作電壓。

觀點(diǎn)眾說(shuō)紛紜

關(guān)于這個(gè)二極管的作用，在電源工程師中有一些不同的看法，摘錄如下：

說(shuō)法一：減少浪涌電壓對(duì)電容的沖擊在開機(jī)瞬間限制PFC電感L因浪涌電流產(chǎn)生巨大的自感電勢(shì)，從而造成電路故障。每次電源開關(guān)接通瞬間加到電感上的可以是交流正弦波的任意瞬時(shí)值，如果在電源開關(guān)接通的瞬間是在正弦波的最大值峰點(diǎn)附近，那么給電感所加的是一個(gè)突變的電壓，會(huì)引起電感L上產(chǎn)生極大的自感電勢(shì)，該電勢(shì)是所加電壓的兩倍以上，并形成較大的電流對(duì)后面的電容充電，輕則引起輸入電路的保險(xiǎn)絲熔斷，重則引起濾波電容及斬波開關(guān)管Q擊穿。設(shè)置保護(hù)二極管D2后在接通電源的瞬間，由D2導(dǎo)通并對(duì)C充電，使流過(guò)PFC電感L的電流大大減小，產(chǎn)生的自感電勢(shì)也要小得多，對(duì)濾波電容和開關(guān)管的危害及保險(xiǎn)絲的熔斷可能要小得多。

說(shuō)法二：減少浪涌電壓對(duì)升壓二極管的沖擊該二極管分流一部分PFC電感和升壓二極管支路的電流，因而能對(duì)升壓二極管起保護(hù)作用。

誤區(qū)解析

以上的觀點(diǎn)都提到了該二極管D2的保護(hù)作用，都有一定的道理，但上述的有些解釋有值得商榷的地方。

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.PFC電感本身對(duì)大的濾波電容C的浪涌電流起限制作用，不會(huì)出現(xiàn)觀點(diǎn)一提到的“電源開關(guān)接通的瞬間電感L1上產(chǎn)生極大的自感電勢(shì)時(shí)電容的充電的情況，”因?yàn)樽愿须妱?shì)的方向也是左正右負(fù)，此觀點(diǎn)令人費(fèi)解。并聯(lián)保護(hù)分流二極管D2以后，這一路由于沒(méi)有電感的限制作用，對(duì)濾波電容的沖擊反而會(huì)更大，不會(huì)減小。實(shí)踐也證明，去掉二極管D2后，電容C上的浪涌沖擊反而減小。觀點(diǎn)二保護(hù)升壓管D1說(shuō)法，有一定的道理，因?yàn)镈1是快速恢復(fù)二極管，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D1所采用的普通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。不過(guò)由于升壓二極管D1有串接的PFC電感L的限流作用，筆者認(rèn)為保護(hù)二極管D2的最主要作用還不僅僅是保護(hù)升壓管D1。一些資料也有說(shuō)明并聯(lián)二極管D2是減少開機(jī)過(guò)程的浪涌電壓，這個(gè)總體的說(shuō)法沒(méi)錯(cuò)，但我認(rèn)為該保護(hù)二極管D2表面降低的是對(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(guò)PFC電感的電流相對(duì)比較大，有可能在電源開關(guān)接通的瞬間是在正弦波的最大值，在對(duì)電容充電的過(guò)程中PFC電感L有可能會(huì)出現(xiàn)磁飽和的情況，如果此時(shí)PFC電路工作，就麻煩了，流過(guò)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)單的辦法就是并接在PFC線圈和升壓二極管上一個(gè)旁路二極管，啟動(dòng)瞬間給大電容的充電提供另一個(gè)支路，防止大電流流過(guò)PFC線圈造成飽和，避免PFC電路工作瞬間造成開關(guān)管過(guò)流，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(guò)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。

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。該二極管的作用仍然可以說(shuō)是減少浪涌電壓的沖擊，但主要是為了減少浪涌電壓對(duì)開關(guān)管造成的威脅，對(duì)升壓二極管也有分流保護(hù)作用，而不是保護(hù)濾波電容的。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(méi)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(méi)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。

為提升電網(wǎng)功率因數(shù)并降低干擾，平板電視電源多采用有源PFC電路。盡管具體電路形式和工作模式各異，但它們大多基于BOOST升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這一結(jié)構(gòu)中，整流電路與大濾波電容被分隔，通過(guò)控制PFC開-關(guān)管的導(dǎo)通，輸入電流得以追蹤輸入電壓，從而實(shí)現(xiàn)理想的功率因數(shù)，同時(shí)減少電磁干擾EMI并穩(wěn)定開關(guān)管工作電壓。

值得一提的是，升壓型開關(guān)電源拓?fù)浔粡V泛應(yīng)用，其工作原理大家或許并不陌生。在電路中，PFC電感L在MOS開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，電感L上感應(yīng)出右正左負(fù)的電壓，利用這一電壓，導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的能量通過(guò)升壓二極管D1被輸送到大的濾波電容中進(jìn)行充電。此外，Boost升壓PFC電感L上還并聯(lián)著一個(gè)二極管D2，它在電路中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

關(guān)于升壓PFC電感上二極管D2的作用，電源工程師們持有不同觀點(diǎn)。一種說(shuō)法是，它能夠減少浪涌電壓對(duì)電容的沖擊。在電源開關(guān)接通瞬間，PFC電感L可能會(huì)因浪涌電流而產(chǎn)生巨大的自感電勢(shì)，從而造成電路故障。然而，通過(guò)二極管D2的導(dǎo)通，可以在接通電源的瞬間對(duì)電容C進(jìn)行充電，從而顯著減小流過(guò)PFC電感L的電流和產(chǎn)生的自感電勢(shì)，降低對(duì)濾波電容和開關(guān)管的潛在危害，甚至避免保險(xiǎn)絲的熔斷。

另一種說(shuō)法則強(qiáng)調(diào)了二極管D2在減少浪涌電壓對(duì)升壓二極管沖擊方面的作用。它能夠分流一部分PFC電感和升壓二極管支路的電流，從而對(duì)升壓二極管起到保護(hù)作用。

然而，值得注意的是，盡管這些觀點(diǎn)都強(qiáng)調(diào)了二極管D2的保護(hù)作用，但某些解釋可能存在誤導(dǎo)。因此，在理解和應(yīng)用這些觀點(diǎn)時(shí)，需要謹(jǐn)慎分析并結(jié)合具體的電路情況進(jìn)行判斷。

PFC電路中，大的儲(chǔ)能濾波電容C與PFC電感L是串聯(lián)連接的。由于電感L的電流無(wú)法突變，它對(duì)濾波電容C的浪涌電流起到了限制作用。因此，在電源開關(guān)接通的瞬間，電感L上并不會(huì)產(chǎn)生極大的自感電勢(shì)來(lái)沖擊電容C。實(shí)際上，自感電勢(shì)的方向是左正右負(fù)，這與某些觀點(diǎn)中描述的情況并不一致，可能令人感到困惑。

在并聯(lián)保護(hù)分流二極管D2之后，由于失去了電感的限制作用，這一路對(duì)濾波電容的沖擊可能會(huì)增大，并不會(huì)減小。實(shí)際上，去掉二極管D2后，電容C上的浪涌沖擊反而會(huì)減小。

關(guān)于保護(hù)升壓管D1的說(shuō)法

雖然有一定的道理，但二極管D2的作用并不僅限于此。D1作為快速恢復(fù)二極管，其承受浪涌電流的能力較弱，因此減小反向恢復(fù)電流和提高浪涌電壓承載力是相互關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)。然而，由于升壓二極管D1受到串接的PFC電感L的限流保護(hù)，二極管D2的最主要作用并不僅僅是保護(hù)升壓管D1。

一些資料指出，并聯(lián)二極管D2的作用是減少開機(jī)過(guò)程中的浪涌電壓

雖然這個(gè)總體說(shuō)法是正確的，但我認(rèn)為二極管D2不僅降低了對(duì)PFC電感和升壓二極管的浪涌沖擊，更重要的是，它還起到了保護(hù)PFC開關(guān)管的作用。

在開機(jī)的一剎那，由于大電容需要充電，PFC電感中的電流會(huì)相對(duì)增大。特別是在電源開關(guān)接通時(shí)，如果正弦波恰好處于峰值，電流會(huì)更大。此時(shí)，PFC電感L有可能進(jìn)入磁飽和狀態(tài)，這將導(dǎo)致流過(guò)PFC開關(guān)管的電流失去控制，從而可能燒毀開關(guān)管。為了避免這種情況，我們可以采取兩種措施：一是控制PFC電路的工作時(shí)序，等待大電容充電完成后再啟動(dòng)PFC;二是通過(guò)并聯(lián)一個(gè)旁路二極管(如D2)在PFC線圈和升壓二極管之間，為電容充電提供一個(gè)額外的路徑。這樣，大電流就不會(huì)直接流過(guò)PFC線圈，從而防止了磁飽和和開關(guān)管過(guò)流的問(wèn)題。同時(shí)，這個(gè)保護(hù)二極管D2還能夠分流升壓二極管D1上的電流，進(jìn)一步保護(hù)了這兩個(gè)元件。此外，D2的加入還能加速大電容的充電過(guò)程，使PFC電路的電壓反饋環(huán)路能更快地工作，從而縮短了開機(jī)時(shí)PFC開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，使PFC電路能更快地進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

綜上所述，二極管D2在電路中的作用至關(guān)重要。它不僅在開機(jī)瞬間或負(fù)載短路等非正常狀況下為電容提供充電路徑，防止PFC電感磁飽和帶來(lái)的危險(xiǎn)，還能減輕PFC電感和升壓二極管的負(fù)擔(dān)，起到保護(hù)作用。雖然D2也能減少浪涌電壓的沖擊，但其主要目的是保護(hù)開關(guān)管免受浪涌電壓的威脅。在電路正常工作后，由于D2右側(cè)為B+PFC輸出電壓，電壓高于左側(cè)，D2呈反偏截止?fàn)顟B(tài)，對(duì)電路工作無(wú)影響。因此，選用時(shí)可選擇能承受較大浪涌電流的普通大電流整流二極管。特別需要注意的是，如果PFC后面接有大容量的濾波電容，這個(gè)二極管是必不可少的，因?yàn)樗鼘?duì)電路的安全性至關(guān)重要。

在電源設(shè)計(jì)中，升壓PFC電路是實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正和減少電磁干擾的關(guān)鍵部分。然而，對(duì)于其中的一個(gè)元件——升壓PFC電感上的二極管D2的作用，在業(yè)界存在著眾多不同的觀點(diǎn)和解釋。本文將深入探討并重新解析這個(gè)問(wèn)題，以揭示二極管D2的真正作用。

1. 二極管D2的保護(hù)功能

該二極管被廣泛認(rèn)為是為了保護(hù)升壓二極管D1和PFC開關(guān)管而設(shè)置的。當(dāng)電源開機(jī)瞬間或負(fù)載短路等異常情況發(fā)生時(shí)，二極管D2提供了一個(gè)充電路徑，防止PFC電感飽和對(duì)開關(guān)管造成的危害。此外，二極管D2還能減輕PFC電感和升壓二極管的負(fù)擔(dān)，從而起到保護(hù)作用。

2. 減少浪涌電壓的沖擊

有些觀點(diǎn)認(rèn)為，二極管D2的作用是減少浪涌電壓對(duì)濾波電容的沖擊。然而，這種解釋有一定的爭(zhēng)議。在實(shí)際情況中，PFC電感L的電流不能突變，因此不會(huì)出現(xiàn)某些觀點(diǎn)所提到的“電源開機(jī)瞬間電感L產(chǎn)生極大自感電勢(shì)的現(xiàn)象”。事實(shí)上，由于PFC電感本身對(duì)大濾波電容C的浪涌電流起到限制作用，這種現(xiàn)象并不會(huì)發(fā)生。

3. 對(duì)升壓二極管的分流保護(hù)

另一個(gè)廣泛提及的觀點(diǎn)是，二極管D2能夠分流一部分PFC電感和升壓二極管支路的電流，從而保護(hù)升壓二極管。然而，在實(shí)踐中，由于并聯(lián)二極管D2取消了PFC電感L的限制作用，反而會(huì)增加對(duì)濾波電容的沖擊。因此，這種觀點(diǎn)在實(shí)際中并不成立。

4. 新的解決方案：保護(hù)開關(guān)管與穩(wěn)定系統(tǒng)

基于以上分析，我們提出了一個(gè)新的解決方案，以更準(zhǔn)確地解釋升壓PFC電感上的二極管D2的作用。首先，D2的存在是為了在電源開機(jī)瞬間防止PFC電感飽和對(duì)開關(guān)管造成過(guò)流的風(fēng)險(xiǎn)。其次，二極管D2的引入可以確保系統(tǒng)中各部分電壓及時(shí)建立并穩(wěn)定，從而保持PFC電路的工作正常。最后，D2對(duì)升壓二極管的分流保護(hù)作用相對(duì)較小。

5. 保護(hù)開關(guān)管的重要性

對(duì)于升壓PFC電路中的開關(guān)管來(lái)說(shuō)，保護(hù)是至關(guān)重要的。在開機(jī)瞬間或負(fù)載突變的情況下，PFC電感L上的電流可能會(huì)快速增加，導(dǎo)致開關(guān)管承受過(guò)大的電流壓力，甚至引發(fā)故障。而二極管D2的作用就在于提供一個(gè)可靠的充電路徑，使得電感L上的電流能夠得到良好的限制和調(diào)節(jié)，從而保護(hù)開關(guān)管不受損害。

6. 抑制浪涌電壓對(duì)系統(tǒng)的影響

除了保護(hù)開關(guān)管外，二極管D2還可以減少浪涌電壓對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的不良影響。在電源開關(guān)接通瞬間，由于輸入電容需要快速充電，通過(guò)PFC電感L的電流會(huì)相對(duì)較大。若沒(méi)有二極管D2的存在，這種情況下PFC電感可能會(huì)飽和，導(dǎo)致開關(guān)管工作異常，甚至損壞其他元件。然而，二極管D2的引入能夠提供額外的充電路徑，迅速建立濾波電容上的電壓，使PFC電路能夠正常工作，同時(shí)減少對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的浪涌電壓沖擊。

揭示二極管D2的重要作用

通過(guò)以上分析，我們可以得出結(jié)論：升壓PFC電感上的二極管D2在電源設(shè)計(jì)中起著關(guān)鍵的保護(hù)作用。它能夠保護(hù)開關(guān)管、抑制浪涌電壓對(duì)系統(tǒng)的影響，并維持整個(gè)電路的正常穩(wěn)定運(yùn)行。盡管對(duì)于D2的作用存在不同觀點(diǎn)和解釋，但通過(guò)深入分析和理論推導(dǎo)，我們揭示了二極管D2的真正作用，為電源設(shè)計(jì)提供了更準(zhǔn)確的指導(dǎo)和優(yōu)化方案。