1 輸入整流橋的選擇  1)整流橋的導通時間與選通特性

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 導通角本應(yīng)為180°(導通范圍是從 0°～180°)，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，整流橋的導通時間tC≈3ms，其導通角僅為54°(導通范圍是36°～90°)。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通過程，可視為一個“選通脈沖”，其脈沖重復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以下的傳導噪聲，有時用兩只普通硅整流管(例如1N4007) 與兩只快恢復二極管(如FR106)組成整流橋，F(xiàn)Rl06的反向恢復時間trr≈250ns。

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0．5～40A等多種規(guī)格，最高反向工作電壓有50～1000V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(霢)。整流橋的反向擊穿電壓URR應(yīng)滿足下式要求：

舉例說明，當交流輸入電壓范圍是85～132V時，umax=132V，由式(1)計算出UBR=233．3V，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=468．4V，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)進一步提高。辟如可選1N4007(1A／1000V)、1N5408(3A／1000V)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)當使IBR≥2IRMS。計算IRMS的公式如下：

式 中，PO為開關(guān)電源的輸出功率，η為電源效率，umin為交流輸入電壓的最小值，cosφ為開關(guān)電源的功率因數(shù)，允許cosφ=0．5～0．7。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Id 例如，設(shè)計一個7．5V／2A(15W)開關(guān)電源，交流輸入電 壓范圍是85～265V，要求η=80％。將Po=15W、η=80％、umin=85V、 cosψ=0．7一并代入(2)式得 到，IRMS=0．32A，進而求出Id=0．65×IRMS=0．21A。實際選用lA／600V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 (霧)的比例系數(shù)為k，當交流電 壓 u=85～265V時，應(yīng)取k=(2～3)霧／W；當交流電壓u=230V(1±15％)時，應(yīng)取k=1霧／W。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的準確值，可按下式進行計算：

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=84．2霧，比例系數(shù)CI／PO=84．2霧／30W=2．8霧／W，這恰好在(2～3)霧／W允許的范圍之內(nèi)。

3 漏極鉗位保護電路的設(shè)計

對反激式開關(guān)電源而言，每當功率開關(guān)管(MOSFET)由導通變成截止時，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 漏極鉗位保護電路，對尖峰電壓進行鉗位或者吸收。

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TOPSwitch—XX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)DS≥700V，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一般采用快恢復或超快恢復二極管，其特征是反向恢復時間(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時間(tfr)，還需留出20V的電壓余量。

考慮上述因素之后，計算TOPSwitch一 最大漏一源極電壓的經(jīng)驗公式應(yīng)為：

TOPSwitch—XX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D≈26％。此 時 u=230V±35V，即 umax=265V，UImax=umax≈375V，UOR=135V，UB=1．5 UOR≈200V，UBM=1．4UB=280V，UDmax=675V， 最后再留出25V的電壓余量，因此U(BR)DS=700V。實際上 U(BR)DS也具有正向溫度系數(shù)，當環(huán)境溫度升高時U(BR)DS也會升高，上述 設(shè)計就為芯片耐壓值提供了額外的裕量。

2)漏極鉗位保護電路的設(shè)計

漏極鉗位保護電路主要有以下4種設(shè)計方案(電路參見圖4)：

(1)利用瞬態(tài)電壓抑制器TVS(P6KE200) 和阻塞二極管(超陜恢復二極管UF4005) 組成的TVS、VD型鉗位電路，如(a)圖所示。圖中的Np、NS和NB分別代表一次繞組、二次繞組和偏置繞組。但也有的開關(guān)電源用反饋繞組NF來代替偏置繞組NB。

(2)利用阻容吸收元件和阻塞二極管組成的R、C、VD型鉗位電路，如(b)圖所示。

(3)由阻容吸收元件、TVS和阻塞二極管構(gòu)成的R、C、TVS、VD型鉗位電路，如(c)圖所示。

(4)由穩(wěn)壓管(VDZ)、阻容吸收元件和阻塞二極管(快恢復二極管FRD)構(gòu)成的VDz、R、C、VD型鉗位電路，如(d)圖所示。

上述方案中以(c)的保護效果最佳，它能充分發(fā)揮TVS響應(yīng)速度極快、可承受瞬態(tài)高能量脈沖之優(yōu)點，并且還增加了RC吸收回路。鑒于壓敏電阻器(VSR) 的標稱擊穿電壓值(U1nA)離散性較大，響應(yīng)速度也比TVS慢很多，在開關(guān)電源中一般不用它構(gòu)成漏極鉗位保護電路。

需要指出，阻塞二極管一般可采用快恢復或超快恢復二極管。但有時也專門選擇反向恢復時間較長的玻璃鈍化整流管1N4005GP，其目的是使漏感能量能夠得 到恢復，以提高電源效率。玻璃鈍化整流管的反向恢復時間介于快恢復二極管與普通硅整流管之間，但不得用普通硅整流管1N4005來代替lN4005GP。

常用鉗位二極管和阻塞二極管的選擇見附表2。

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