無橋PFC電路共模EMI問題解決方案

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

對于“ON”狀態，可以很容易看出，對參考地（母線負）的電壓為=，= —?。

對于“OFF”狀態，兩個電感上所加電壓列方程有++=, 則每個電感上的電壓為(-)，對參考地（母線負）的電壓，== —+,?=—+=—(-)+=(+)。

在一個開關周期中，“ON”和“OFF”狀態轉換一次，“L”和“N”線對參考地（母線負）的電壓變化一次，其頻率為開關頻率，其幅度為。

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。

　　審核編輯：湯梓紅