无桥PFC电路共模EMI问题解决方案

图5给出了传统Boost PFC和无桥PFC抖动电平点的比较示意图，从图中可以看出，传统Boost PFC仅有A点是抖动的，而无桥PFC的A、B、C和D点都是抖动的，这将带来严重的共模EMI问题，由此也产生了很多相关解决方案(专利)，比较常见的有电容箝位方案，

二极管箝位方案及CPES提出的对称结构和平衡方式解决方案，本文仅对电容箝位方案进行详细分析，其他方案不在此项详细分析。

传统Boost PFC

无桥PFC

上两图，即图5 传统Boost PFC和无桥PFC抖动电平点比较

通常情况下，模块的原边控制地都选择为PFC电解电容负端；这样，由于交流输入电压相对控制地存在高压抖动电平，无桥PFC的交流输入电压采样和电流采样都比传统Boost PFC困难和复杂，需要特别处理。

下面分析基本无桥PFC母线电压高频抖动情况，由于交流输入正负半周工作情况是完全对称的，因此我们这里只对正半周进行分析，负半周的情况可以类推得到，为简化分析，这里假定PFC电感感量一样，即不考虑电感量的偏差。

在正半周，有两种工作状态，①Q1导通，电路可以简化如图6的“ON”状态，② Q1关断，D1导通对电容充电，电路可以简化如图6的“OFF”状态。

图6 正半周Q1导通和关断状态电路简化

对于“ON”状态，可以很容易看出，对参考地（母线负）的电压为=，= — 。

对于“OFF”状态，两个电感上所加电压列方程有++=, 则每个电感上的电压为(-)，对参考地（母线负）的电压，== —+, =—+=—(-)+=(+)。

在一个开关周期中，“ON”和“OFF”状态转换一次，“L”和“N”线对参考地（母线负）的电压变化一次，其频率为开关频率，其幅度为。

图7 Vll对参考地（母线负）的电压波形

由上述分析，可以知道作为基本无桥PFC拓扑，其面临严重的共模EMI问题，同时由于母线（通常作为控制“地”）对输入及PE（机壳）的高频抖动，对控制电路也会形成很强的共模干扰，因此，需要额外的措施才能在工程上应用。针对上述问题，目前相关文献提到了下面几种主要的解决方案：

图8 上述a、b、c、d四种的解决无桥PFC共模EMI问题的方案

方案a是使用整流二极管箝位的方案，其原理是在续流阶段让整流二极管通过大部分工频电流导通，将母线电压箝位到输入电压，类似于传统的Boost电路。该电路的优点是抖动电平箝位彻底，完全获得和传统Boost相同的效果，同时在浪涌和雷击时，对续流MOS管可以起到保护作用；但是采样复杂（如果使用电阻采样，需要同时采两个MOS和箝位二极管电流进行合成）

方案b是采用的电容箝位方案，其原理是通过电容箝位，将母线对输入的抖动幅值极大降低，同时基本消除高频分量，达到和传统Boost类似的EMI效果，该方案的优点是简单，箝位电容只流过高频电流，无需额外散热器，电流采样相对简单（如果使用电阻采样，也要同时采两个MOS合成即可）。

方案c、d是通过共模电流对消的方式，让共模骚扰不流过LISN达到消除共模EMI的问题（其原理可以参考参考文献《Common mode EMI noise suppression in bridgeless boost PFC converter》），但是对电感量和寄生参数一致性要求较高，在工程应用中较难控制。

综上所述，方案a、b是在工程应用中比较切实可行的方案。

　　审核编辑：汤梓红