PFC电路中旁路二极管的关键作用与设计要点

PFC电路中旁路二极管的关键作用与设计要点

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在现代电力电子系统中，功率因数校正（Power Factor Correction，简称PFC）电路扮演着至关重要的角色。特别是在大功率AC-DC电源设计中，PFC电路能够有效提高功率因数，减少谐波干扰，优化整体系统性能。而在PFC电路中，旁路二极管作为关键元器件之一，其作用不容忽视。

PFC电路的主要功能是对输入电流的波形进行控制，使其与输入电压波形同步，从而提高功率因数，减少谐波含量。在开关电源中，由于整流桥和滤波电容的存在，输入电流往往呈现高幅值的尖峰脉冲，导致功率因数降低。PFC电路通过调整电流波形，使其追踪电压波形，从而改善功率因数。

PFC电路主要分为两种类型：

• 被动式PFC（无源PFC）：通过电感补偿或填谷电路来改善功率因数
• 主动式PFC（有源PFC）：利用专用IC控制开关管，实现电流波形的精确调整

在PFC电路中，旁路二极管主要发挥以下两个重要作用：

1. 减少浪涌电流的影响

当PFC电路工作在连续导通模式（CCM）时，通常会使用快恢复二极管作为主二极管。这类二极管具有较短的反向恢复时间（Trr），但其浪涌电流承受能力相对较低。而旁路二极管则采用普通二极管，虽然Trr较长，但能承受更大的浪涌电流。

在开机瞬间，由于输出电容尚未充电，输入电流会非常大。此时，浪涌电流会通过旁路二极管给输出电容充电，而不是通过电感和快恢复二极管。这样可以有效保护主二极管免受浪涌电流的冲击，确保电路安全启动。

2. 保护功率MOSFET

在系统上电初期，输出电容电压尚未建立，如果此时PFC开始工作，较大的浪涌电流可能会通过MOSFET，导致其过流损坏。旁路二极管的存在可以避免这种情况发生。

此外，许多PFC芯片都具备软启动和过流保护功能。例如，NCP1654芯片在系统恢复时会缓慢提升Vcontrol，实现软启动，降低MOSFET上的电压和电流应力。在满载情况下进行AC插拔测试时，Brown-out功能可以防止PFC在不稳定的供电条件下工作，避免电感饱和和MOSFET损坏。

在设计PFC电路时，旁路二极管的选择和应用需要考虑以下几点：

1. 二极管类型选择：主二极管应选择快恢复二极管，以满足高频开关的要求；旁路二极管则应选择普通二极管，以承受较大的浪涌电流。

2. 配合PFC芯片功能：不同的PFC芯片具有不同的保护功能和控制逻辑。设计时需要充分理解芯片手册，合理利用软启动、过流保护等功能，提高电路可靠性。

3. 浪涌电流承受能力：旁路二极管必须具备足够的Peak Forward Surge Current能力，以应对开机瞬间的浪涌电流。

4. 电路布局优化：旁路二极管的布局应尽量靠近输出电容，以减少寄生参数的影响，确保电流路径最短。

虽然旁路二极管在PFC电路中发挥着重要作用，但在实际应用中也需要注意以下几点：

1. 成本与性能平衡：选择二极管时需要在成本和性能之间做出平衡。虽然高性能二极管能提供更好的保护，但也会增加成本。

2. 系统兼容性：旁路二极管的设计需要与整个PFC系统兼容，包括PFC芯片、电感、MOSFET等元器件的选型和参数设置。

3. 测试与验证：在设计完成后，需要通过严格的测试验证旁路二极管的功能，确保其在各种工况下都能正常工作。

4. 热设计考虑：旁路二极管在工作时会产生一定的功耗，因此在设计时需要考虑散热问题，确保其工作在安全温度范围内。

综上所述，旁路二极管在PFC电路中发挥着不可替代的作用。通过合理设计和选型，可以有效提高PFC电路的可靠性和效率，为整个电力转换系统提供坚实的保障。