电源树设计

所在网址：https://mp.weixin.qq.com/s/DhRLHubdcm2cT8RFJe9yLw中大功率的ACDC电源，通常都会采用有源功率因数校正PFC电路来提高其功率因数，以减少对电网的干扰。在PFC电路中，常用的结构是BOOST电路，在实际的使用中，通常会加一个旁路二级管D2，如图1所示。旁路二级管D2的作用，不同的资料，不同的工程师，都有不同的解释，下面逐一分析说明。1、减少PFC的二极管D1的浪涌电流，因为D1是快速恢复二极管，抗浪涌电流的能力比较差。这种解释似乎有一点道理，D1是快速恢复二极管，承受浪涌电流的能力较弱，D2是普通的二极管，承受浪涌电流的能力很强。但在实际应用中，如果不加旁路二级管D2，D1也很少因为浪涌电流发生损坏。因为输出二极管D1和PFC电感串联，PFC电感较大，电感固有的特性就是其电流不能突变，PFC电感对输入的浪涌电流具有限流作用。因此，旁路二级管D2的最主要作用不是为了保护输出二极管D1。2、提高系统通过雷击测试的能力。在实际的应用中，会经常发现：相对而言，如果不加旁路二级管D2，系统不容易通过雷击测试，那么，这说明，加旁路二级管D2，的确有提高系统通过雷击测试的作用。系统在雷击测试的过程中，产生的能量通过浪涌电流的形式，经过旁路二级管D2，存储到大的输出电容。如果没有旁路二级管D2，那么这些浪涌电流就要流过PFC电感，从而有可能导致PFC电感饱和。PFC电感饱和时，功率MOSFET开通，特别是在输入正弦波的值峰点附近，就会产生非常大的峰值电流，因为控制IC的电流检测通常有一定的延时，PFC电感饱和时，产生的di/dt非常大，即使是电流检测的延时时间非常小，也会导致非常大的峰值电流，导致功率MOSFET因为过流而损坏。3、减少开机瞬间PFC电感和功率MOSFET的峰值电流，防止PFC电感饱和，损坏功率MOSFET。这种解释的理由是：在开机的瞬间，输出大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，在电源开关接通的瞬间，特别是在输入正弦波的峰值附近开通，在对输出大电容充电过程中PFC电感有可能会出现饱和，如果此时PFC电路工作，流过功率MOSFET的电流非常大，从而损坏功率MOSFET。增加旁路二级管D2后，旁路二级管D2对输出大电容充电，输出电压建立的比较早，PFC电感能够很快的进行去磁工作，就可以减小流过PFC电感的电流，防止PFC电感饱和，降低功率MOSFET的峰值电流，避免损坏功率MOSFET。这种解释的理由并不完全有道理：增加旁路二极管D2，的确可以减小流过PFC电感和功率MOSFET的峰值电流，但是，如果没有旁路二极管D2，功率MOSFET开始工作时，即使是在输入正弦波的峰值附近开通功率MOSFET，由于控制IC都具有软起动功能，功率MOSFET的占空比一开始不是工作在最大的状态，而是从最小值慢慢的增加， PFC的过电流保护电路OCP也限制功率MOSFET工作的最大峰值电流。软起动通常在输出电压正常后才结束，输出电压在软起动时间没有结束的时候，已经高于输入电压，在PFC电感和功率MOSFET达到系统设定的最大工作电流之前，PFC电感已经进入到去磁工作，PFC电感很难进入饱和或进入深度的饱和。只要PFC电感的电流不走飞（饱和）或不深度走飞（深度饱和），那么，功率MOSFET的工作就是安全的。那么，原因到底是什么呢？实际应用发现，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。

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