升压PFC电感上的二极管的作用详解

升压PFC电感上的二极管(通常称为旁路二极管)主要作用是‌在开机瞬间或异常情况下分流电流，防止电感饱和和开关管损坏‌，同时减轻升压二极管的负担。

核心功能

‌防止电感饱和‌：开机时滤波电容未充电，输入电流直接通过电感充电，可能导致电感饱和。旁路二极管提供另一充电路径，限制电感电流，避免饱和引发开关管过流损坏 。 ‌

‌保护开关管‌：通过分流电流，降低开关管在启动时的导通电流应力，防止因电感饱和导致的过流故障 。 ‌

其他作用

‌减少浪涌电压冲击‌：分流部分电流，降低对升压二极管的反向恢复压力，但实际对滤波电容的浪涌抑制效果有限 。 ‌

‌加速系统启动‌：帮助电容快速充电，使PFC电路电压反馈环路及时工作，缩短启动时间 。 ‌

争议点

部分观点认为该二极管可保护滤波电容，但实际中电感的限流作用已限制浪涌电流，旁路二极管反而可能增加电容冲击 。 ‌

升压PFC电感上的二极管(通常称为旁路二极管)主要有以下作用：

限制浪涌电流

在电源开机瞬间，输出电容电压尚未建立，此时通过旁路二极管对电容充电可减少电感电流突变，从而降低浪涌电流对功率开关管(如MOSFET)的冲击。 ‌

保护主开关管

旁路二极管分流部分电流，避免功率开关管因过大电流损坏。尤其在输入电压正弦波峰值附近开机时，电感饱和会导致电流剧增，通过二极管将能量转移到输出电容，减少开关管的过流风险。 ‌

提升系统稳定性

通过快速导通特性，使输出电压更快建立，减少电感饱和的可能性，增强系统对雷击等瞬态干扰的抵抗能力。 ‌

优化电磁兼容性

旁路二极管可降低电感饱和时产生的反向电流，减少电磁干扰(EMI)问题，提升电源整体稳定性。 ‌

为了提高电网的功率因数，减少干扰，平板电视的大多数电源都采用了有源PFC电路，尽管电路的具体形式繁多，不尽相同，工作模式也不一样(CCM电流连续型、DCM不连续型、BCM临界型)，但基本的结构大同小异，都是采用BOOST升压拓扑结构。如下图所示，这是一典型的升压开关电源，基本的思想就是把整流电路和大滤波电容分割，通过控制PFC开-关管的导通使输入电流能跟踪输入电压的变化，获得理想的功率因数，减少电磁干扰EMI和稳定开关电源中开关管的工作电压。

观点众说纷纭

关于这个二极管的作用，在电源工程师中有一些不同的看法，摘录如下：

说法一：减少浪涌电压对电容的冲击在开机瞬间限制PFC电感L因浪涌电流产生巨大的自感电势，从而造成电路故障。每次电源开关接通瞬间加到电感上的可以是交流正弦波的任意瞬时值，如果在电源开关接通的瞬间是在正弦波的最大值峰点附近，那么给电感所加的是一个突变的电压，会引起电感L上产生极大的自感电势，该电势是所加电压的两倍以上，并形成较大的电流对后面的电容充电，轻则引起输入电路的保险丝熔断，重则引起滤波电容及斩波开关管Q击穿。设置保护二极管D2后在接通电源的瞬间，由D2导通并对C充电，使流过PFC电感L的电流大大减小，产生的自感电势也要小得多，对滤波电容和开关管的危害及保险丝的熔断可能要小得多。

说法二：减少浪涌电压对升压二极管的冲击该二极管分流一部分PFC电感和升压二极管支路的电流，因而能对升压二极管起保护作用。

误区解析

以上的观点都提到了该二极管D2的保护作用，都有一定的道理，但上述的有些解释有值得商榷的地方。

大家知道：PFC电路后面大的储能滤波电容C和PFC电感L是串联的，由于电感L上的电流不能突变.PFC电感本身对大的滤波电容C的浪涌电流起限制作用，不会出现观点一提到的“电源开关接通的瞬间电感L1上产生极大的自感电势时电容的充电的情况，”因为自感电势的方向也是左正右负，此观点令人费解。并联保护分流二极管D2以后，这一路由于没有电感的限制作用，对滤波电容的冲击反而会更大，不会减小。实践也证明，去掉二极管D2后，电容C上的浪涌冲击反而减小。观点二保护升压管D1说法，有一定的道理，因为D1是快速恢复二极管，承受浪涌电流的能力较弱，减小反向恢复电流和提高浪涌电压承载力是相互牵制的，而D1所采用的普通整流二极管承受浪涌电流的能力很强，如1N5407的额定电流3A，浪涌电流可达200A。不过由于升压二极管D1有串接的PFC电感L的限流作用，笔者认为保护二极管D2的最主要作用还不仅仅是保护升压管D1。一些资料也有说明并联二极管D2是减少开机过程的浪涌电压，这个总体的说法没错，但我认为该保护二极管D2表面降低的是对PFC电感和升压二极管的浪涌冲击，但实际上还有一个重要的作用：保护PFC开关管。

在开机的瞬间，滤波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，有可能在电源开关接通的瞬间是在正弦波的最大值，在对电容充电的过程中PFC电感L有可能会出现磁饱和的情况，如果此时PFC电路工作，就麻烦了，流过PFC开关管的电流就会失去限制，烧坏开关管。为防止悲剧发生，一种方法是对PFC电路的工作时序加以控制，即当对大电容的充电完成以后，再启动PFC电路;另一种比较简单的办法就是并接在PFC线圈和升压二极管上一个旁路二极管，启动瞬间给大电容的充电提供另一个支路，防止大电流流过PFC线圈造成饱和，避免PFC电路工作瞬间造成开关管过流，保护开关管，同时该保护二极管D2也分流了升压二极管D1上的电流，保护了升压二极管。另外，D2的加入使得对大电容充电过程加快，其上的电压及时建立，也能使PFC电路的电压反馈环路及时工作，减小开机时PFC开关管的导通时间，使PFC电路尽快正常工作。

综上所述，以上电路中二极管D2的作用是在开机瞬间或负载短路、PFC输出电压低于输入电压的非正常状况下给电容提供充电路径，防止PFC电感磁饱和对PFCMOS管造成的危险，同时也减轻了PFC电感和升压二极管的负担，起到保护作用。该二极管的作用仍然可以说是减少浪涌电压的冲击，但主要是为了减少浪涌电压对开关管造成的威胁，对升压二极管也有分流保护作用，而不是保护滤波电容的。在开机正常工作以后，由于D2右面为B+PFC输出电压，电压比左面高，D2呈反偏截止状态，对电路的工作没有影响，D2可选用可承受较大浪涌电流的普通大电流的整流二极管。

在有些电源中，PFC后面的电容容量不大，也有的没有接入保护二极管D2，但如果PFC后面是使用大容量的滤波电容，此二极管是不能减少的，对电路的安全性有着重要的意义。

为提升电网功率因数并降低干扰，平板电视电源多采用有源PFC电路。尽管具体电路形式和工作模式各异，但它们大多基于BOOST升压拓扑结构。在这一结构中，整流电路与大滤波电容被分隔，通过控制PFC开-关管的导通，输入电流得以追踪输入电压，从而实现理想的功率因数，同时减少电磁干扰EMI并稳定开关管工作电压。

值得一提的是，升压型开关电源拓扑被广泛应用，其工作原理大家或许并不陌生。在电路中，PFC电感L在MOS开关管Q导通时储存能量。当开关管截止时，电感L上感应出右正左负的电压，利用这一电压，导通时储存的能量通过升压二极管D1被输送到大的滤波电容中进行充电。此外，Boost升压PFC电感L上还并联着一个二极管D2，它在电路中发挥着至关重要的作用。

关于升压PFC电感上二极管D2的作用，电源工程师们持有不同观点。一种说法是，它能够减少浪涌电压对电容的冲击。在电源开关接通瞬间，PFC电感L可能会因浪涌电流而产生巨大的自感电势，从而造成电路故障。然而，通过二极管D2的导通，可以在接通电源的瞬间对电容C进行充电，从而显著减小流过PFC电感L的电流和产生的自感电势，降低对滤波电容和开关管的潜在危害，甚至避免保险丝的熔断。

另一种说法则强调了二极管D2在减少浪涌电压对升压二极管冲击方面的作用。它能够分流一部分PFC电感和升压二极管支路的电流，从而对升压二极管起到保护作用。

然而，值得注意的是，尽管这些观点都强调了二极管D2的保护作用，但某些解释可能存在误导。因此，在理解和应用这些观点时，需要谨慎分析并结合具体的电路情况进行判断。

PFC电路中，大的储能滤波电容C与PFC电感L是串联连接的。由于电感L的电流无法突变，它对滤波电容C的浪涌电流起到了限制作用。因此，在电源开关接通的瞬间，电感L上并不会产生极大的自感电势来冲击电容C。实际上，自感电势的方向是左正右负，这与某些观点中描述的情况并不一致，可能令人感到困惑。

在并联保护分流二极管D2之后，由于失去了电感的限制作用，这一路对滤波电容的冲击可能会增大，并不会减小。实际上，去掉二极管D2后，电容C上的浪涌冲击反而会减小。

关于保护升压管D1的说法

虽然有一定的道理，但二极管D2的作用并不仅限于此。D1作为快速恢复二极管，其承受浪涌电流的能力较弱，因此减小反向恢复电流和提高浪涌电压承载力是相互关联的挑战。然而，由于升压二极管D1受到串接的PFC电感L的限流保护，二极管D2的最主要作用并不仅仅是保护升压管D1。

一些资料指出，并联二极管D2的作用是减少开机过程中的浪涌电压

虽然这个总体说法是正确的，但我认为二极管D2不仅降低了对PFC电感和升压二极管的浪涌冲击，更重要的是，它还起到了保护PFC开关管的作用。

在开机的一刹那，由于大电容需要充电，PFC电感中的电流会相对增大。特别是在电源开关接通时，如果正弦波恰好处于峰值，电流会更大。此时，PFC电感L有可能进入磁饱和状态，这将导致流过PFC开关管的电流失去控制，从而可能烧毁开关管。为了避免这种情况，我们可以采取两种措施：一是控制PFC电路的工作时序，等待大电容充电完成后再启动PFC;二是通过并联一个旁路二极管(如D2)在PFC线圈和升压二极管之间，为电容充电提供一个额外的路径。这样，大电流就不会直接流过PFC线圈，从而防止了磁饱和和开关管过流的问题。同时，这个保护二极管D2还能够分流升压二极管D1上的电流，进一步保护了这两个元件。此外，D2的加入还能加速大电容的充电过程，使PFC电路的电压反馈环路能更快地工作，从而缩短了开机时PFC开关管的导通时间，使PFC电路能更快地进入正常工作状态。

综上所述，二极管D2在电路中的作用至关重要。它不仅在开机瞬间或负载短路等非正常状况下为电容提供充电路径，防止PFC电感磁饱和带来的危险，还能减轻PFC电感和升压二极管的负担，起到保护作用。虽然D2也能减少浪涌电压的冲击，但其主要目的是保护开关管免受浪涌电压的威胁。在电路正常工作后，由于D2右侧为B+PFC输出电压，电压高于左侧，D2呈反偏截止状态，对电路工作无影响。因此，选用时可选择能承受较大浪涌电流的普通大电流整流二极管。特别需要注意的是，如果PFC后面接有大容量的滤波电容，这个二极管是必不可少的，因为它对电路的安全性至关重要。

在电源设计中，升压PFC电路是实现功率因数校正和减少电磁干扰的关键部分。然而，对于其中的一个元件——升压PFC电感上的二极管D2的作用，在业界存在着众多不同的观点和解释。本文将深入探讨并重新解析这个问题，以揭示二极管D2的真正作用。

1. 二极管D2的保护功能

该二极管被广泛认为是为了保护升压二极管D1和PFC开关管而设置的。当电源开机瞬间或负载短路等异常情况发生时，二极管D2提供了一个充电路径，防止PFC电感饱和对开关管造成的危害。此外，二极管D2还能减轻PFC电感和升压二极管的负担，从而起到保护作用。

2. 减少浪涌电压的冲击

有些观点认为，二极管D2的作用是减少浪涌电压对滤波电容的冲击。然而，这种解释有一定的争议。在实际情况中，PFC电感L的电流不能突变，因此不会出现某些观点所提到的“电源开机瞬间电感L产生极大自感电势的现象”。事实上，由于PFC电感本身对大滤波电容C的浪涌电流起到限制作用，这种现象并不会发生。

3. 对升压二极管的分流保护

另一个广泛提及的观点是，二极管D2能够分流一部分PFC电感和升压二极管支路的电流，从而保护升压二极管。然而，在实践中，由于并联二极管D2取消了PFC电感L的限制作用，反而会增加对滤波电容的冲击。因此，这种观点在实际中并不成立。

4. 新的解决方案：保护开关管与稳定系统

基于以上分析，我们提出了一个新的解决方案，以更准确地解释升压PFC电感上的二极管D2的作用。首先，D2的存在是为了在电源开机瞬间防止PFC电感饱和对开关管造成过流的风险。其次，二极管D2的引入可以确保系统中各部分电压及时建立并稳定，从而保持PFC电路的工作正常。最后，D2对升压二极管的分流保护作用相对较小。

5. 保护开关管的重要性

对于升压PFC电路中的开关管来说，保护是至关重要的。在开机瞬间或负载突变的情况下，PFC电感L上的电流可能会快速增加，导致开关管承受过大的电流压力，甚至引发故障。而二极管D2的作用就在于提供一个可靠的充电路径，使得电感L上的电流能够得到良好的限制和调节，从而保护开关管不受损害。

6. 抑制浪涌电压对系统的影响

除了保护开关管外，二极管D2还可以减少浪涌电压对整个系统的不良影响。在电源开关接通瞬间，由于输入电容需要快速充电，通过PFC电感L的电流会相对较大。若没有二极管D2的存在，这种情况下PFC电感可能会饱和，导致开关管工作异常，甚至损坏其他元件。然而，二极管D2的引入能够提供额外的充电路径，迅速建立滤波电容上的电压，使PFC电路能够正常工作，同时减少对整个系统的浪涌电压冲击。

揭示二极管D2的重要作用

通过以上分析，我们可以得出结论：升压PFC电感上的二极管D2在电源设计中起着关键的保护作用。它能够保护开关管、抑制浪涌电压对系统的影响，并维持整个电路的正常稳定运行。尽管对于D2的作用存在不同观点和解释，但通过深入分析和理论推导，我们揭示了二极管D2的真正作用，为电源设计提供了更准确的指导和优化方案。