在电源因浪涌电流而受到影响时，旁路二极管作为一种保护措施，可以有效地将过高的浪涌电流限制在安全范围内。在这篇文章中，我们探讨了在使用碳化硅（SiC）肖特基二极管的功率因数校正（PFC）拓扑中，旁路二极管的应用和其在浪涌电流抗扰度中的作用。通过实验数据，验证了旁路二极管如何在浪涌事件中保护电路，并防止因浪涌脉冲引发的器件损坏。

旁路二极管在PFC中的作用

PFC电路用于提高电力设备的效率，特别是在开关电源和功率电子设备中。使用SiC肖特基二极管作为升压二极管，能有效提升开关频率和减少反向恢复损失。然而，在某些情况下，当浪涌电流进入PFC电路时，SiC肖特基二极管可能承受过高的应力，这时旁路二极管起到了关键的保护作用。

旁路二极管的主要功能是当浪涌脉冲使整流电压瞬时超过输出电压时，导通旁路电流，保护SiC二极管免受过大的浪涌电流。通过并联在SiC肖特基二极管的旁路路径上，旁路二极管可以分担浪涌电流，防止其对PFC电路中的关键器件造成损害。

实验设置与测试

为验证旁路二极管在浪涌抗扰度中的效果，实验选择了以下条件：

• 输入电压（Vin）：90V交流

• 开关频率（fsw）：130kHz

• 输出功率（Pout）：800W

• 浪涌脉冲（Vsurge）：4kV，Z = 2Ω，φ = 90°，LN配置

在这种设置下，进行的浪涌抗扰度测试符合IEC 61000-4-5标准，具体采用了1.2/50μs、峰值4kV的组合波脉冲。

旁路二极管与SiC二极管的电流分配

通过实验数据，显示了浪涌脉冲期间，SiC升压二极管和旁路二极管之间的电流分配。测试表明，在浪涌脉冲到达电源输入时，两个二极管几乎同时导通。在浪涌峰值电流下，流经升压二极管（IDH06G65C6）和旁路二极管（S5K）的电流分别为：

• 升压二极管（IDH06G65C6）:$I_F, \text{max} = 23.4A$IF,max=23.4A

• 旁路二极管（S5K）:$I_F, \text{max} = 308A$IF,max=308A

可以看到，旁路二极管分担了绝大部分的浪涌电流，保护了SiC二极管不受过大电流的冲击。

浪涌事件后的电流脉冲

浪涌事件后，捕获了两个电流脉冲。第一个脉冲在施加浪涌脉冲时出现，第二个脉冲是由于金属氧化物变阻器（MOV）钳位效应产生的。当MOV限制了电压，整流电压下降，旁路二极管停止导通。但当MOV释放时，输入电压再次升高，旁路二极管再次导通，注入第二个电流脉冲。

旁路二极管功能禁用情况下的测试

为了进一步验证旁路二极管的重要性，实验中拆除了旁路二极管，禁用了其保护功能。此时，在相同的输入电压和浪涌条件下，流经升压二极管的电流增加至24A。尽管CoolSiC G6二极管仍在其浪涌电流规格范围内，但桥式整流器（LVB2560）因承受过高的电压应力而失败。这个实验结果表明，旁路二极管能够有效保护PFC电路免受高浪涌电流的影响，避免器件损坏。

旁路二极管的优势

带旁路二极管的PFC设计在浪涌电流等条件下能提供显著的保护优势。旁路二极管仅在电源电压高于输出电压时导通，因此在稳态工作条件下几乎不消耗额外的功率。它作为一种安全保护元件，只有在极端浪涌条件下才会导通，确保系统的稳定性和可靠性。

结论

旁路二极管在PFC电路中的应用为电源设计提供了一种有效的浪涌保护机制，特别是在使用SiC肖特基二极管的高效能系统中。实验结果表明，旁路二极管能够有效分担浪涌电流，保护升压二极管和其他电源元件免受损害。相比之下，没有旁路二极管的设计虽然能在一定范围内承受浪涌电流，但却无法充分保护整个电路，容易导致其他器件因电压应力过高而失效。因此，在PFC电路中使用旁路二极管可以显著提高系统的抗浪涌能力，确保设备的长期稳定运行。