实际应用发现, 不加旁路二极管, 如果功率MOSFET 发生失效,那么,发生失效的条件通常是:输出满负载,系统进行老化测试、输入掉电测试以及输入AC 电源插拔的过程中。
在上述条件下,输入电压瞬态的降到为0,由于输出满载,PFC 输出大电容的电压VBUS 迅速降低到非常低的值,PFC 控制IC 的VCC 的电容大,VCC 的电流小,因此,VCC 的掉电速度远远小于VBUS 的掉电速度,VCC的掉电速度慢,高于PFC 控制IC 的VCC 的UVLO,那么PFC 控制IC 仍然在工作,如表1 为一款PFC 控制器的供电电压VCC 的特性,列出了UVLO 电压参数。实际工作中,输入交流AC 掉电时,PFC 控制IC 的VCC 电压的工作波形如图2 所示。
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当VCC 的值比UVLO 稍高一点时,输入电源AC 再加电,PFC 控制IC 没有软起动过程直接工作,由于输出电压比较低,特别是在输入正弦波峰值点附近开通功率MOSFET,PFC 电感和功率MOSFET 的工作峰值电流非常大,如果电感的饱和电流裕量不够,或PFC 的电流取样电阻选取得过小时,PFC 电感有可能发生饱和,功率MOSFET 在大电流的冲击下,就有可能发生损坏。
同时,功率MOSFET 的VGS 电压比较低,约等于PIC 控制IC 的VCC 的UVLO 电压,如果功率MOSFET的饱和电流比较低,就有可能会进入线性区工作,更容易导致功率MOSFET 线性区工作而损坏。[1-2]另外,如果电流取样电阻RS 在功率MOSFET 的驱动回路中,就是PFC 控制IC 的地,没有直接连接到功率MOSFET 的源极S,如图3 所示,功率MOSFET 的VGS 实际电压为:
VGS=VDR-VRS
高峰值电流导致RS 的压降VRS 变大, 功率MOSFET 的VGS 电压会进一步降低,就更容易进入线性区工作。
系统环境的温度升高时,PFC 控制IC 内部图腾柱上管的导通压降也会增加,VDR 电压降低,VGS 电压也会进一步降低,增加功率MOSFET 进入线性区风险。在输入正弦波峰值点附近开通功率MOSFET,一定范围内LC 的取值,导致震荡,也会导致率MOSFET进入线性区。
输入交流AC 掉电重起动的波形如图4 所示,可以看到,功率MOSFET 开通后,VDS 电压并没有完全降低到0,而是在比较高的电压下就关断,非常明显的进入到线性区工作。