雷擊浪涌時無橋PFC電路分析

圖4 傳統(tǒng)PFC電路

電路圖說明：

1. L,N是EMI濾波器之后的L、N線；

2. Q1和Q1A并聯(lián)開關管；

3. D7為防雷防浪涌二極管

4. B101是整流橋。

圖5 無橋PFC主電路拓撲

電路圖說明：

1. L_M,L_N是經(jīng)過M2板EMI濾波器之后的L、N線；

2. Q101和Q102、Q103和Q104，D101和D102，D103和D104分別并聯(lián)；

3. RV104為第二級壓敏電阻

4. B105是用于抗浪涌沖擊電流的跨接橋。

5. C195、C196為解決無橋PFC電路EMI問題而設置的跨接電容

6. L105和L106為PFC電感

傳統(tǒng)PFC防雷防浪涌電路分析

如圖4所示，開關管與二極管的電壓應力始終處于GND與Vpfc兩個電平。雷擊浪涌發(fā)生時，由于防雷二極管D7的存在，很大部分的能量通過D7瀉放，從而保護了開關管和二極管，同時，他將整流橋上的輸入殘壓和二極管承受的反壓嵌位在Vpfc附近，從而避免了整流橋的電壓擊穿。

圖8 浪涌時整流橋輸入LN殘壓波形

圖9 浪涌時整流橋體內二極管上的反壓波形

雷擊浪涌時無橋PFC電路分析

無橋PFC在一個工頻周期內根據(jù)輸入電壓的極性可分為兩個階段：正半工作周期和負半工作周期。圖5所示為輸入工頻正半周期的無橋PFC的工作過程，當開關管Q1和Q2開通時，輸入AC+、L105、Q1、Q2、L106和AC-構成回路，當開關管Q1關斷時，輸入AC+、L105、D1、Load、Q2、L106和AC-構成回路。負半工作周期工作過程類似。

（a）工頻正半工作周期，Q1和Q2開通

（b）工頻正半工作周期，Q1關斷

圖10 無橋PFC電路工作過程（工頻正半工作周期）

為了便于分析，無橋PFC主電路簡化為如圖5所示的電路，根據(jù)無橋PFC電路的工作過程的分析：

Vs為輸入電壓疊加浪涌殘壓，C3、C2為跨接電容，C1為母線電容

將電路中所有的半導體器件看成理想器件。

在狀態(tài)a發(fā)生浪涌或雷擊時（請參考圖10（a）示意圖）：

5.3.1 .1防雷橋應力分析

Vl>Vn ,B105的1，3管腳承受一個反壓，其峰值等于Vs；反之，B105的1，2管腳承受一個反壓，其峰值等于Vs

圖11 殘壓Vs 波形

圖12 防雷橋B105體內二極管反壓波形

另外電路要通過防雷橋背釋放雷擊浪涌能量。

圖13 防雷橋B105到正母線的沖擊電流波形

跨接電容應力分析：

根據(jù)捷爾霍夫定律 Vc2+Vc3=Vs，由于防雷橋的嵌位作用，C2或C3的正相電位被嵌位在母線電壓附近，因此兩個電容的du/dt不一樣，流過的電流也會不一樣。

圖14 跨接電容C2、C3電壓波形

Q1、Q2、D1和D2應力分析

由于Q1和Q2同時導通，所以A、B兩點電位近似于AGDN,D1和D2承受的反壓大致等于母線電壓。所以管子的電壓應力不存在風險。但是電流應力會比較大，需要測量MOS電流應力，查器件資料，核算是否滿足器件的單次不重復電流限值要求。

電感電應力分析

Vs=Vl105+Vl106

因為Q1和Q2都導通，所以A、B兩點電位近似于零電位，由于防雷橋二極管的嵌位作用，L105或L106總有一個電壓嵌位在母線電壓附近。

同樣，由于防雷橋二極管的存在，兩個電感的電流不會一樣

在狀態(tài)b發(fā)生浪涌或雷擊時（請參考圖10(b)示意圖）：

防雷橋應力分析

Vl>Vn ,B105的1，3管腳承受一個反壓，其峰值等于Vs；反之，B105的1，2管腳承受一個反壓，其峰值等于Vs 。一個橋臂必然要通過電流釋放雷擊浪涌能量.

圖15防雷橋B105到正母線的沖擊電流波形

跨接電容應力分析：

根據(jù)捷爾霍夫定律 Vc2+Vc3=Vs，由于防雷橋的嵌位作用，C2或C3的正相電位被嵌位在母線電壓附近

Q1、Q2、D1和D2應力分析

由于Q1管斷，Q2導通，所以B電位近似于AGDN,A點電位近似于PFC母線電壓。D2承受的反壓大致等于母線電壓，D1的反壓近似于零。所以管子的電壓應力不存在風險。但是電流應力會比較大，需要測量MOS電流應力，查器件資料，核算是否滿足器件的單次不重復電流限值要求。

電感電應力分析

Vs=Vl105+Vl106+Vpfc

由于Q1管斷，Q2導通，所以B電位近似于AGDN,A點電位近似于PFC母線電壓,而L_M1的電位由于防雷橋二極管嵌位在PFC母線電壓。所以浪涌雷擊時L105兩端電壓為零。， L106的兩端電壓為Vl106=Vs-Vpfc

同樣，兩個電感的電流不會一樣，L105在某個特定時刻（L>N）幾乎沒有電流

圖16 電感L105、L106電流波形