雷击浪涌时无桥PFC电路分析

图4 传统PFC电路

电路图说明：

1. L,N是EMI滤波器之后的L、N线；

2. Q1和Q1A并联开关管；

3. D7为防雷防浪涌二极管

4. B101是整流桥。

图5 无桥PFC主电路拓扑

电路图说明：

1. L_M,L_N是经过M2板EMI滤波器之后的L、N线；

2. Q101和Q102、Q103和Q104，D101和D102，D103和D104分别并联；

3. RV104为第二级压敏电阻

4. B105是用于抗浪涌冲击电流的跨接桥。

5. C195、C196为解决无桥PFC电路EMI问题而设置的跨接电容

6. L105和L106为PFC电感

传统PFC防雷防浪涌电路分析

如图4所示，开关管与二极管的电压应力始终处于GND与Vpfc两个电平。雷击浪涌发生时，由于防雷二极管D7的存在，很大部分的能量通过D7泻放，从而保护了开关管和二极管，同时，他将整流桥上的输入残压和二极管承受的反压嵌位在Vpfc附近，从而避免了整流桥的电压击穿。

图8 浪涌时整流桥输入LN残压波形

图9 浪涌时整流桥体内二极管上的反压波形

雷击浪涌时无桥PFC电路分析

无桥PFC在一个工频周期内根据输入电压的极性可分为两个阶段：正半工作周期和负半工作周期。图5所示为输入工频正半周期的无桥PFC的工作过程，当开关管Q1和Q2开通时，输入AC+、L105、Q1、Q2、L106和AC-构成回路，当开关管Q1关断时，输入AC+、L105、D1、Load、Q2、L106和AC-构成回路。负半工作周期工作过程类似。

（a）工频正半工作周期，Q1和Q2开通

（b）工频正半工作周期，Q1关断

图10 无桥PFC电路工作过程（工频正半工作周期）

为了便于分析，无桥PFC主电路简化为如图5所示的电路，根据无桥PFC电路的工作过程的分析：

Vs为输入电压叠加浪涌残压，C3、C2为跨接电容，C1为母线电容

将电路中所有的半导体器件看成理想器件。

在状态a发生浪涌或雷击时（请参考图10（a）示意图）：

5.3.1 .1防雷桥应力分析

Vl>Vn ,B105的1，3管脚承受一个反压，其峰值等于Vs；反之，B105的1，2管脚承受一个反压，其峰值等于Vs

图11 残压Vs 波形

图12 防雷桥B105体内二极管反压波形

另外电路要通过防雷桥背释放雷击浪涌能量。

图13 防雷桥B105到正母线的冲击电流波形

跨接电容应力分析：

根据捷尔霍夫定律 Vc2+Vc3=Vs，由于防雷桥的嵌位作用，C2或C3的正相电位被嵌位在母线电压附近，因此两个电容的du/dt不一样，流过的电流也会不一样。

图14 跨接电容C2、C3电压波形

Q1、Q2、D1和D2应力分析

由于Q1和Q2同时导通，所以A、B两点电位近似于AGDN,D1和D2承受的反压大致等于母线电压。所以管子的电压应力不存在风险。但是电流应力会比较大，需要测量MOS电流应力，查器件资料，核算是否满足器件的单次不重复电流限值要求。

电感电应力分析

Vs=Vl105+Vl106

因为Q1和Q2都导通，所以A、B两点电位近似于零电位，由于防雷桥二极管的嵌位作用，L105或L106总有一个电压嵌位在母线电压附近。

同样，由于防雷桥二极管的存在，两个电感的电流不会一样

在状态b发生浪涌或雷击时（请参考图10(b)示意图）：

防雷桥应力分析

Vl>Vn ,B105的1，3管脚承受一个反压，其峰值等于Vs；反之，B105的1，2管脚承受一个反压，其峰值等于Vs 。一个桥臂必然要通过电流释放雷击浪涌能量.

图15防雷桥B105到正母线的冲击电流波形

跨接电容应力分析：

根据捷尔霍夫定律 Vc2+Vc3=Vs，由于防雷桥的嵌位作用，C2或C3的正相电位被嵌位在母线电压附近

Q1、Q2、D1和D2应力分析

由于Q1管断，Q2导通，所以B电位近似于AGDN,A点电位近似于PFC母线电压。D2承受的反压大致等于母线电压，D1的反压近似于零。所以管子的电压应力不存在风险。但是电流应力会比较大，需要测量MOS电流应力，查器件资料，核算是否满足器件的单次不重复电流限值要求。

电感电应力分析

Vs=Vl105+Vl106+Vpfc

由于Q1管断，Q2导通，所以B电位近似于AGDN,A点电位近似于PFC母线电压,而L_M1的电位由于防雷桥二极管嵌位在PFC母线电压。所以浪涌雷击时L105两端电压为零。， L106的两端电压为Vl106=Vs-Vpfc

同样，两个电感的电流不会一样，L105在某个特定时刻（L>N）几乎没有电流

图16 电感L105、L106电流波形