輸入整流濾波器及鉗位保護(hù)電路的設(shè)計1輸入整流橋的選擇1)整流橋的導(dǎo)通時間與選通特性50Hz交流電壓經(jīng)過全波整流后變成脈動直流電壓u1，再通過輸入濾波電容得到直流高壓U1。在理想情況下，整流橋的導(dǎo)通角本應(yīng)為180(導(dǎo)通范圍是從0180)，但由于濾波電容器C的作用，僅在接近交流峰值電壓處的很短時間內(nèi)，才有輸入電流流經(jīng)過整流橋?qū)充電。50Hz交流電的半周期為10ms，整流橋的導(dǎo)通時間tC3ms，其導(dǎo)通角僅為54(導(dǎo)通范圍是3690)。因此，整流橋?qū)嶋H通過的是窄脈沖電流。橋式整流濾波電路的原理如圖1(a)所示，整流濾波電壓及整流電流的波形分別如圖l(b)和(c)所示。最后總結(jié)幾點：(1)整流橋的上述特性可等效成對應(yīng)于輸入電壓頻率的占空比大約為30。(2)整流二極管的一次導(dǎo)通過程，可視為一個“選通脈沖”，其脈沖重復(fù)頻率就等于交流電網(wǎng)的頻率(50Hz)。(3)為降低開關(guān)電源中500kHz以下的傳導(dǎo)噪聲，有時用兩只普通硅整流管(例如1N4007)與兩只快恢復(fù)二極管(如FR106)組成整流橋，F(xiàn)Rl06的反向恢復(fù)時間trr250ns。2)整流橋的參數(shù)選擇隔離式開關(guān)電源一般采用由整流管構(gòu)成的整流橋，亦可直接選用成品整流橋，完成橋式整流。全波橋式整流器簡稱硅整流橋，它是將四只硅整流管接成橋路形式，再用塑料封裝而成的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、使用方便、各整流管的參數(shù)一致性好等優(yōu)點，可廣泛用于開關(guān)電源的整流電路。硅整流橋有4個引出端，其中交流輸入端、直流輸出端各兩個。硅整流橋的最大整流電流平均值分0540A等多種規(guī)格，最高反向工作電壓有501000V等多種規(guī)格。小功率硅整流橋可直接焊在印刷板上，大、中功率硅整流橋則要用螺釘固定，并且需安裝合適的散熱器。整流橋的主要參數(shù)有反向峰值電壓URM(V)，正向壓降UF(V)，平均整流電流Id(A)，正向峰值浪涌電流IFSM(A)，最大反向漏電流IR(A)。整流橋的反向擊穿電壓URR應(yīng)滿足下式要求：舉例說明，當(dāng)交流輸入電壓范圍是85132V時，umax=132V，由式(1)計算出UBR=2333V，可選耐壓400V的成品整流橋。對于寬范圍輸入交流電壓，umax=265V，同理求得UBR=4684V，應(yīng)選耐壓600V的成品整流橋。需要指出，假如用4只硅整流管來構(gòu)成整流橋，整流管的耐壓值還應(yīng)進(jìn)一步提高。辟如可選1N4007(1A1000V)、1N5408(3A1000V)型塑封整流管。這是因為此類管子的價格低廉，且按照耐壓值“寧高勿低”的原則，能提高整流橋的安全性與可靠性。設(shè)輸入有效值電流為IRMS，整流橋額定的有效值電流為IBR，應(yīng)當(dāng)使IBR2IRMS。計算IRMS的公式如下：式中，PO為開關(guān)電源的輸出功率，為電源效率，umin為交流輸入電壓的最小值，cos為開關(guān)電源的功率因數(shù)，允許cos=0507。由于整流橋?qū)嶋H通過的不是正弦波電流，而是窄脈沖電流(參見圖1)，因此整流橋的平均整流電流IdIRMS，一般可按Id=(0607)IRMS來計算IAVG值。例如，設(shè)計一個75V2A(15W)開關(guān)電源，交流輸入電壓范圍是85265V，要求=80。將Po=15W、=80、umin=85V、cos=07一并代入(2)式得到，IRMS=032A，進(jìn)而求出Id=065IRMS=021A。實際選用lA600V的整流橋，以留出一定余量。2輸入濾波電容器的選擇1)輸入濾波電容器容量的選擇為降低整流濾波器的輸出紋波，輸入濾波電容器的容量CI必須選的合適。令每單位輸出功率(W)所需輸入濾波電容器容量(F)的比例系數(shù)為k，當(dāng)交流電壓u=85265V時，應(yīng)取k=(23)FW；當(dāng)交流電壓u=230V(115)時，應(yīng)取k=1FW。輸入濾波電容器容量的選擇方法詳見附表l，Po為開關(guān)電源的輸出功率。2)準(zhǔn)確計算輸入濾波電容器容量的方法輸入濾波電容的容量是開關(guān)電源的一個重要參數(shù)。CI值選得過低，會使UImin值大大降低，而輸入脈動電壓UR卻升高。但CI值取得過高，會增加電容器成本，而且對于提高UImin值和降低脈動電壓的效果并不明顯。下面介紹計算CI準(zhǔn)確值的方法。設(shè)交流電壓u的最小值為umin。u經(jīng)過橋式整流和CI濾波，在u=umin情況下的輸入電壓波形如圖2所示。該圖是在Po=POM，f=50Hz、整流橋的導(dǎo)通時間tC=3ms、=80的情況下繪出的。由圖可見，在直流高壓的最小值UImin上還疊加一個幅度為UR的一次側(cè)脈動電壓，這是CI在充放電過程中形成的。欲獲得CI的準(zhǔn)確值，可按下式進(jìn)行計算：舉例說明，在寬范圍電壓輸入時，umin=85V。取UImin=90V，f=50Hz，tC=3ms，假定Po=30W，=80，一并帶入(3)式中求出CI=842F，比例系數(shù)CIPO=842F30W=28FW，這恰好在(23)FW允許的范圍之內(nèi)。3漏極鉗位保護(hù)電路的設(shè)計對反激式開關(guān)電源而言，每當(dāng)功率開關(guān)管(MOSFET)由導(dǎo)通變成截止時，在開關(guān)電源的一次繞組上就會產(chǎn)生尖峰電壓和感應(yīng)電壓。其中的尖峰電壓是由于高頻變壓器存在漏感(即漏磁產(chǎn)生的自感)而形成的，它與直流高壓UI和感應(yīng)電壓UOR疊加在MOSFET的漏極上，很容易損壞MOSFET。為此，必須在增加漏極鉗位保護(hù)電路，對尖峰電壓進(jìn)行鉗位或者吸收。1)漏極上各電壓參數(shù)的電位分布下面分析輸入直流電壓的最大值UImax、一次繞組的感應(yīng)電壓UOR、鉗位電壓UB與UBM、最大漏極電壓UDmax、漏一源擊穿電壓U(BR)DS這6個電壓參數(shù)的電位分布情況，使讀者能有一個定量的概念。對于TOPSwitchXX系列單片開關(guān)電源，其功率開關(guān)管的漏一源擊穿電壓U(BR)DS700V，現(xiàn)取下限值700V。感應(yīng)電壓UOR=135V(典型值)。本來鉗位二極管的鉗位電壓UB只需取135V，即可將疊加在UOR上由漏感造成的尖峰電壓吸收掉，實際卻不然。手冊中給出UB參數(shù)值僅表示工作在常溫、小電流情況下的數(shù)值。實際上鉗位二極管(即瞬態(tài)電壓抑制器TVS)還具有正向溫度系數(shù)，它在高溫、大電流條件下的鉗位電壓UBM要遠(yuǎn)高于UB。實驗表明，二者存在下述關(guān)系：這表明UBM大約比UB高40。為防止鉗位二極管對一次側(cè)感應(yīng)電壓UOR也起到鉗位作用，所選用的TVS鉗位電壓應(yīng)按下式計算：此外，還須考慮與鉗位二極管相串聯(lián)的阻塞二極管VD的影響。VD一般采用快恢復(fù)或超快恢復(fù)二極管，其特征是反向恢復(fù)時間(trr)很短。但是VDl在從反向截止到正向?qū)ㄟ^程中還存在著正向恢復(fù)時間(tfr)，還需留出20V的電壓余量?？紤]上述因素之后，計算TOPSwitch一最大漏一源極電壓的經(jīng)驗公式應(yīng)為：TOPSwitchXX系列單片開關(guān)電源在230V交流固定輸入時，MOSFET的漏極上各電壓參數(shù)的電位分布如圖3所示，占空比D26。此時u=230V35V，即umax=265V，