開(kāi)關(guān)電源設計之輸入整流濾波器及鉗位保護電路

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(μF)的比例系數為k，當交流電壓u=85～265V時(shí)，應取k=(2～3)μF/W;當交流電壓u=230V(1±15%)時(shí)，應取k=1μF/W。輸入濾波電容器容量的選擇方法詳見(jiàn)附表l，Po為開(kāi)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(kāi)關(guān)電源的一個(gè)重要參數。CI值選得過(guò)低，會(huì )使UImin值大大降低，而輸入脈動(dòng)電壓 UR卻升高。但CI值取得過(guò)高，會(huì )增加電容器成本，而且對于提高UImin值和降低脈動(dòng)電壓的效果并不明顯。下面介紹計算CI準確值的方法。

設交流電壓u的最小值為umin。u經(jīng)過(guò)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(shí)間tC=3ms、η=80%的情況下繪出的。由圖可見(jiàn)，在直流高壓的最小值UImin上還疊加一個(gè)幅度為UR 的一次側脈動(dòng)電壓，這是CI在充放電過(guò)程中形成的。欲獲得CI的準確值，可按下式進(jìn)行計算：

舉例說(shuō)明，在寬范圍電壓輸入時(shí)，umin=85V。取UImin=90V，f=50Hz，tC=3ms，假定Po=30W，η=80%，一并帶入 (3)式中求出CI=84.2μF，比例系數CI/PO=84.2μF/30W=2.8μF/W，這恰好在(2～3)μF/W允許的范圍之內。

漏極鉗位保護電路的設計

對反激式開(kāi)關(guān)電源而言，每當功率開(kāi)關(guān)管(MOSFET)由導通變成截止時(shí)，在開(kāi)關(guān)電源的一次繞組上就會(huì )產(chǎn)生尖峰電壓和感應電壓。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(jìn)行鉗位或者吸收。

1)漏極上各電壓參數的電位分布

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(gè)電壓參數的電位分布情況，使讀者能有一個(gè)定量的概念。對于TOPSwitch—XX系列單片開(kāi)關(guān)電源，其功率開(kāi)關(guān)管的漏一源擊穿電壓 U(BR)DS≥700V，現取下限值700V。感應電壓UOR=135V(典型值)。本來(lái)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(shí)際卻不然。手冊中給出UB參數值僅表示工作在常溫、小電流情況下的數值。實(shí)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，它在高溫、大電流條件下的鉗位電壓UBM要遠高于UB。實(shí)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感應電壓UOR也起到鉗位作用，所選用的TVS鉗位電壓應按下式計算：