揭秘升压 PFC 电感上二极管的真正作用
出处:网络整理 发布于:2026-06-02 15:19:00
如下图所示,这是一典型的升压开关电源。其基本思想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,从而获得理想的功率因数,减少电磁干扰 EMI,同时稳定开关电源中开关管的工作电压。

1、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。
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,从而避免电路故障。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。
2、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。大家都知道,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 的说法,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,但实际上该保护二极管 D2 表面降低的是对 PFC 电感和升压二极管的浪涌冲击,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。
为防止这种情况发生,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。
3、总结
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 PFC MOS 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。
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