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無(wú)橋PFC電路的EMI方案

2023-03-22 12:26:32 來(lái)源:頭條號(hào)艾伊電源

圖5給出了傳統(tǒng)Boost PFC和無(wú)橋PFC抖動(dòng)電平點(diǎn)的比較示意圖,從圖中可以看出,傳統(tǒng)Boost PFC僅有A點(diǎn)是抖動(dòng)的,而無(wú)橋PFC的A、B、C和D點(diǎn)都是抖動(dòng)的,這將帶來(lái)嚴(yán)重的共模EMI問(wèn)題,由此也產(chǎn)生了很多相關(guān)解決方案(專(zhuān)利),比較常見(jiàn)的有電容箝位方案,二極管箝位方案及CPES提出的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)和平衡方式解決方案,本文僅對(duì)電容箝位方案進(jìn)行詳細(xì)分析,其他方案不在此項(xiàng)詳細(xì)分析。


(資料圖片僅供參考)

傳統(tǒng)Boost PFC

無(wú)橋PFC

上兩圖,即圖5 傳統(tǒng)Boost PFC和無(wú)橋PFC抖動(dòng)電平點(diǎn)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(fù)端;這樣,由于交流輸入電壓相對(duì)控制地存在高壓抖動(dòng)電平,無(wú)橋PFC的交流輸入電壓采樣和電流采樣都比傳統(tǒng)Boost PFC困難和復(fù)雜,需要特別處理。

下面分析基本無(wú)橋PFC母線(xiàn)電壓高頻抖動(dòng)情況,由于交流輸入正負(fù)半周工作情況是完全對(duì)稱(chēng)的,因此我們這里只對(duì)正半周進(jìn)行分析,負(fù)半周的情況可以類(lèi)推得到,為簡(jiǎn)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(tài),①Q(mào)1導(dǎo)通,電路可以簡(jiǎn)化如圖6的“ON”狀態(tài),② Q1關(guān)斷,D1導(dǎo)通對(duì)電容充電,電路可以簡(jiǎn)化如圖6的“OFF”狀態(tài)。

圖6 正半周Q1導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)電路簡(jiǎn)化

圖7 Vll對(duì)參考地(母線(xiàn)負(fù))的電壓波形

由上述分析,可以知道作為基本無(wú)橋PFC拓?fù)?,其面臨嚴(yán)重的共模EMI問(wèn)題,同時(shí)由于母線(xiàn)(通常作為控制“地”)對(duì)輸入及PE(機(jī)殼)的高頻抖動(dòng),對(duì)控制電路也會(huì)形成很強(qiáng)的共模干擾,因此,需要額外的措施才能在工程上應(yīng)用。針對(duì)上述問(wèn)題,目前相關(guān)文獻(xiàn)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(wú)橋PFC共模EMI問(wèn)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(xù)流階段讓整流二極管通過(guò)大部分工頻電流導(dǎo)通,將母線(xiàn)電壓箝位到輸入電壓,類(lèi)似于傳統(tǒng)的Boost電路。該電路的優(yōu)點(diǎn)是抖動(dòng)電平箝位徹底,完全獲得和傳統(tǒng)Boost相同的效果,同時(shí)在浪涌和雷擊時(shí),對(duì)續(xù)流MOS管可以起到保護(hù)作用;但是采樣復(fù)雜(如果使用電阻采樣,需要同時(shí)采兩個(gè)MOS和箝位二極管電流進(jìn)行合成)

方案b是采用的電容箝位方案,其原理是通過(guò)電容箝位,將母線(xiàn)對(duì)輸入的抖動(dòng)幅值極大降低,同時(shí)基本消除高頻分量,達(dá)到和傳統(tǒng)Boost類(lèi)似的EMI效果,該方案的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單,箝位電容只流過(guò)高頻電流,無(wú)需額外散熱器,電流采樣相對(duì)簡(jiǎn)單(如果使用電阻采樣,也要同時(shí)采兩個(gè)MOS合成即可)。

方案c、d是通過(guò)共模電流對(duì)消的方式,讓共模騷擾不流過(guò)LISN達(dá)到消除共模EMI的問(wèn)題(其原理可以參考參考文獻(xiàn)《Common mode EMI noise suppression in bridgeless boost PFC converter》),但是對(duì)電感量和寄生參數(shù)一致性要求較高,在工程應(yīng)用中較難控制。

綜上所述,方案a、b是在工程應(yīng)用中比較切實(shí)可行的方案。

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