開關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(shù)為k，當交流電壓u=85～265V時，應取k=(2～3)μF/W;當交流電壓u=230V(1±15%)時，應取k=1μF/W。輸入濾波電容器容量的選擇方法詳見附表l，Po為開關電源的輸出功率。

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、η=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，η=80%，一并帶入 (3)式中求出CI=84.2μF，比例系數(shù)CI/PO=84.2μF/30W=2.8μF/W，這恰好在(2～3)μF/W允許的范圍之內(nèi)。

漏極鉗位保護電路的設計

對反激式開關電源而言，每當功率開關管(MOSFET)由導通變成截止時，在開關電源的一次繞組上就會產(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系列單片開關電源，其功率開關管的漏一源擊穿電壓 U(BR)DS≥700V，現(xiàn)取下限值700V。感應電壓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：