圖5給出了傳統Boost PFC和無橋PFC抖動電平點的比較示意圖,從圖中可以看出,傳統Boost PFC僅有A點是抖動的,而無橋PFC的A、B、C和D點都是抖動的,這將帶來嚴重的共模EMI問題,由此也產生了很多相關解決方案(專利),比較常見的有電容箝位方案,二極管箝位方案及CPES提出的對稱結構和平衡方式解決方案,本文僅對電容箝位方案進行詳細分析,其他方案不在此項詳細分析。
傳統Boost PFC
無橋PFC
上兩圖,即圖5 傳統Boost PFC和無橋PFC抖動電平點比較
通常情況下,模塊的原邊控制地都選擇為PFC電解電容負端;這樣,由于交流輸入電壓相對控制地存在高壓抖動電平,無橋PFC的交流輸入電壓采樣和電流采樣都比傳統Boost PFC困難和復雜,需要特別處理。
下面分析基本無橋PFC母線電壓高頻抖動情況,由于交流輸入正負半周工作情況是完全對稱的,因此我們這里只對正半周進行分析,負半周的情況可以類推得到,為簡化分析,這里假定PFC電感感量一樣,即不考慮電感量的偏差。
在正半周,有兩種工作狀態,①Q1導通,電路可以簡化如圖6的“ON”狀態,② Q1關斷,D1導通對電容充電,電路可以簡化如圖6的“OFF”狀態。
圖6 正半周Q1導通和關斷狀態電路簡化
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圖7 Vll對參考地(母線負)的電壓波形
由上述分析,可以知道作為基本無橋PFC拓撲,其面臨嚴重的共模EMI問題,同時由于母線(通常作為控制“地”)對輸入及PE(機殼)的高頻抖動,對控制電路也會形成很強的共模干擾,因此,需要額外的措施才能在工程上應用。針對上述問題,目前相關文獻提到了下面幾種主要的解決方案:
圖8 上述a、b、c、d四種的解決無橋PFC共模EMI問題的方案
方案a是使用整流二極管箝位的方案,其原理是在續流階段讓整流二極管通過大部分工頻電流導通,將母線電壓箝位到輸入電壓,類似于傳統的Boost電路。該電路的優點是抖動電平箝位徹底,完全獲得和傳統Boost相同的效果,同時在浪涌和雷擊時,對續流MOS管可以起到保護作用;但是采樣復雜(如果使用電阻采樣,需要同時采兩個MOS和箝位二極管電流進行合成)
方案b是采用的電容箝位方案,其原理是通過電容箝位,將母線對輸入的抖動幅值極大降低,同時基本消除高頻分量,達到和傳統Boost類似的EMI效果,該方案的優點是簡單,箝位電容只流過高頻電流,無需額外散熱器,電流采樣相對簡單(如果使用電阻采樣,也要同時采兩個MOS合成即可)。
方案c、d是通過共模電流對消的方式,讓共模騷擾不流過LISN達到消除共模EMI的問題(其原理可以參考參考文獻《Common mode EMI noise suppression in bridgeless boost PFC converter》),但是對電感量和寄生參數一致性要求較高,在工程應用中較難控制。
綜上所述,方案a、b是在工程應用中比較切實可行的方案。
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