下圖是一個(gè)廣泛應用的升壓型直流開(kāi)關(guān)電源拓撲，相信大家并不陌生。在這個(gè)電路中，PFC電感L在MOS開(kāi)關(guān)管Q導通時(shí)儲存能量，在開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電感L上感應出右正左負的電壓，將導通時(shí)儲存的能量通過(guò)升壓二極管D1對大的濾波電容充電，輸出能量。Boost升壓PFC電感L上都并連著(zhù)一個(gè)二極管D2。
為了提高電網(wǎng)的功率因數，減少干擾，平板電視的大多數直流開(kāi)關(guān)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電流連續型、DCM不連續型、BCM臨界型)，但基本的結構大同小異，都是采用BOOST升壓拓撲結構。如下圖所示，這是一典型的升壓直流開(kāi)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(kāi)-關(guān)管的導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，減少電磁干擾EMI和穩定直流開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)管的工作電壓。
關(guān)于這個(gè)二極管的作用，在直流開(kāi)關(guān)電源工程師中有一些不同的看法，摘錄如下：
說(shuō)法一：
減少浪涌電壓對電容的沖擊在開(kāi)機瞬間限制PFC電感L因浪涌電流產(chǎn)生巨大的自感電勢，從而造成電路故障。每次直流開(kāi)關(guān)電源開(kāi)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，如果在直流開(kāi)關(guān)電源開(kāi)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，該電勢是所加電壓的兩倍以上，并形成較大的電流對后面的電容充電，輕則引起輸入電路的保險絲熔斷，重則引起濾波電容及斬波開(kāi)關(guān)管Q擊穿。設置保護二極管D2后在接通直流開(kāi)關(guān)電源的瞬間，由D2導通并對C充電，使流過(guò)PFC電感L的電流大大減小，產(chǎn)生的自感電勢也要小得多，對濾波電容和開(kāi)關(guān)管的危害及保險絲的熔斷可能要小得多。
說(shuō)法二：
減少浪涌電壓對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，因而能對升壓二極管起保護作用。
誤區解析
以上的觀(guān)點(diǎn)都提到了該二極管D2的保護作用，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電感本身對大的濾波電容C的浪涌電流起限制作用，不會(huì )出現觀(guān)點(diǎn)一提到的“直流開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)接通的瞬間電感L1上產(chǎn)生極大的自感電勢時(shí)電容的充電的情況，”因為自感電勢的方向也是左正右負，此觀(guān)點(diǎn)令人費解。并聯(lián)保護分流二極管D2以后，這一路由于沒(méi)有電感的限制作用，對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(guān)點(diǎn)二保護升壓管D1說(shuō)法，有一定的道理，因為D1是快速恢復二極管，承受浪涌電流的能力較弱，減小反向恢復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，如1N5407的額定電流3A，浪涌電流可達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，筆者認為保護二極管D2的最主要作用還不僅僅是保護升壓管D1。一些資料也有說(shuō)明并聯(lián)二極管D2是減少開(kāi)機過(guò)程的浪涌電壓，這個(gè)總體的說(shuō)法沒(méi)錯，但我認為該保護二極管D2表面降低的是對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PFC開(kāi)關(guān)管。
在開(kāi)機的瞬間，濾波電容的電壓尚未建立，由于要對大電容充電，通過(guò)PFC電感的電流相對比較大，有可能在直流開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)接通的瞬間是在正弦波的最大值，在對電容充電的過(guò)程中PFC電感L有可能會(huì )出現磁飽和的情況，如果此時(shí)PFC電路工作，就麻煩了，流過(guò)PFC開(kāi)關(guān)管的電流就會(huì )失去限制，燒壞開(kāi)關(guān)管。為防止悲劇發(fā)生，一種方法是對PFC電路的工作時(shí)序加以控制，即當對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(xiàn)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(xiàn)圈造成飽和，避免PFC電路工作瞬間造成開(kāi)關(guān)管過(guò)流，保護開(kāi)關(guān)管，同時(shí)該保護二極管D2也分流了升壓二極管D1上的電流，保護了升壓二極管。另外，D2的加入使得對大電容充電過(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(kāi)機時(shí)PFC開(kāi)關(guān)管的導通時(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(kāi)機瞬間或負載短路、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PFCMOS管造成的危險，同時(shí)也減輕了PFC電感和升壓二極管的負擔，起到保護作用。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開(kāi)關(guān)管造成的威脅，對升壓二極管也有分流保護作用，而不是保護濾波電容的。在開(kāi)機正常工作以后，由于D2右面為B+PFC輸出電壓，電壓比左面高，D2呈反偏截止狀態(tài)，對電路的工作沒(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。
在有些直流開(kāi)關(guān)電源中，PFC后面的電容容量不大，也有的沒(méi)有接入保護二極管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，對電路的安全性有著(zhù)重要的意義。
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