反激式開(kāi)關(guān)電源元件參數(shù)選型(一)

1.輸入電容

1.1電容耐壓

220V 指的是交流電的有效值,實(shí)際上220V的市電電壓是不穩(wěn)定的,一般在176V-264V之前,

所以最大值為峰值264*1.414=373V

1.2輸入電容容值選取

1)輸入電解電容經(jīng)驗(yàn)選取法

當(dāng)輸入電壓為220V±20%(AC176-264V) 時(shí)按照輸出功率選取: w/uF2、當(dāng)輸入電壓為110±20%時(shí)(AC88-132V) 時(shí)按照輸出功率選取: w/ (2-3) uF此時(shí)耐壓 (200V)

2)輸入電解電容容值快速估算

其中:Vmin_p為AC的最小電壓,對(duì)應(yīng)AC176V

2.整流橋的選擇

整流橋的作用就是把輸入交流電壓整形成直流電壓，把正弦波整成饅頭波,由于整流管的單向?qū)щ娦裕谳斎腚妷核矔r(shí)值小于濾波電容上電壓時(shí)整流橋.在這個(gè)時(shí)候是不導(dǎo)通的，使整流橋的電流變成2-3ms左右的窄脈沖。為獲得所需要的整流輸出電流，這個(gè)電流窄脈沖的幅值將會(huì)很高。通常整流橋的額定平均電流應(yīng)該降額使用。

2.1整流橋的電流選擇

選擇整流橋的電流必須大于Ibr

2.2整流橋的耐壓

整流橋的常態(tài)耐壓為輸入電壓的峰值電壓比如AC176-264V的最高峰值為264*根號(hào)下2=373V由于需要考慮在做浪涌 (4級(jí)) 實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，有個(gè)2000V的峰值灌倒輸雖然有壓敏電阻，但壓敏電阻抑制電壓后還有有個(gè)殘余電壓比如471KD10殘壓為775V

3.X電容上的放電電阻

信息技術(shù)設(shè)備的安全，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn): GB4943-2011等同于UL60950摘文如下:

“設(shè)備在設(shè)計(jì)上應(yīng)保證在交流電網(wǎng)電源外部斷接處,盡量減小因接在一次電路中的電容器貯存有電荷而產(chǎn)生的電擊危險(xiǎn).

通過(guò)檢查設(shè)備和有關(guān)的電路圖來(lái)檢驗(yàn)其是否合格.檢查時(shí)考慮到斷開(kāi)電源時(shí)通/斷開(kāi)關(guān)可能處于任一位置如果設(shè)備中有任何電容器,其標(biāo)明的或標(biāo)稱(chēng)的容量超過(guò) 0.1uF,而且接在一次電路上,但該電容器的放電時(shí)間常數(shù)不超過(guò)下列規(guī)定值,則應(yīng)認(rèn)為設(shè)備是合格的:

一對(duì) A 型可插式設(shè)備,1S;和一對(duì)永久性連接式設(shè)備和 B 型可插式設(shè)備,10s.

有關(guān)時(shí)間常數(shù)是指等效電容量(uF)和等效放電電阻值(M )的乘積如果測(cè)定等效電容量和電阻值有困難,則可以在外部斷接點(diǎn)測(cè)量電壓衰減.

注:在經(jīng)過(guò)一段等于一個(gè)時(shí)間常數(shù)的時(shí)間,電壓將衰減到初始值的 37%.”

X電容的作用是,在1s以?xún)?nèi)放電到原來(lái)電壓的37%,放電時(shí)間可以利用基礎(chǔ)的RC充放電回路計(jì)算.

初始電壓為E的電容C通過(guò)R放電

V0=E,V0為電容上初始電壓

Vt為電容C由R放電,過(guò)時(shí)間t后電容上的電壓

故電容器放電，任意時(shí)刻t，電容上的電壓為：

根據(jù)放電公式求取X電容上的放電電阻

此開(kāi)關(guān)電源的C為兩個(gè)X電容為200N

C=200NF

1s內(nèi)把電放到原電壓的37%

t=1s

Vt=0.37E

則可以快速求出放電電阻

R=5.029MΩ, 選擇R＜5.029MΩ

RC=1,選擇時(shí)間常數(shù)RC＜1

快速計(jì)算方法:利用RC<1

1、封裝1206

2、電壓Vmax=200V

3、電流Imax=2A

4、功率Pmax=1/4W不超過(guò)一半

5、阻值RC=1,根據(jù)安規(guī)快速計(jì)算

4.EMI電路參數(shù)

4.1關(guān)于X電容和Y電容

1)X電容根據(jù)實(shí)際情況選取，一般功率越大X電容會(huì)更大

2)Y一般會(huì)根據(jù)客戶要求的漏電流來(lái)選取

漏電流、施加電壓頻率、施加電壓幅值客戶都會(huì)給出，或者參照各公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)參考，一般漏電流要求有比較小的比如0.35mA的，也有要求沒(méi)那么嚴(yán)格的比如10mA 電壓一般施加為50Hz，施加電壓幅值一般為2000-3000V左右 .

根據(jù)IEC 60384-14,電容器分為X電容及Y電容

X電容是指跨于L-N之間的電容器2.Y電容是指跨于L-G/N-G之間的電容器(L=Line, N=Neutral, G=Ground)

X電容底下又分為X1，X2，X3,主要差別在于:

1)X1耐高壓大于2.5 kY,小于等于4 kV;

2)X2耐高壓小于等于2.5 kV:

3)X3耐高壓小于等于1.2 kV

Y電容底下又分為Y1，Y2，Y3,Y4,主要差別在于:(耐直流電壓等級(jí))

1)Y1耐高壓大于8 kV:

2)Y2耐高壓大于5 kv;

3)Y3耐高壓 n/a

4)Y4耐高壓大于2.5 kV

4.2共模電感選取

共模電感無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算，但可以計(jì)算其所在濾波器最小的轉(zhuǎn)折頻率來(lái)選取最小電感量

轉(zhuǎn)折頻率必須大于60Hz，必須小于開(kāi)關(guān)頻率

比如CY取2.2N，fin=50Hz，fs=50KHz，則4.6H＞Lcm＞4.6mH

一般共模電感量越大抑制效果會(huì)更好.

5.RCD吸收電路

變壓器耦合度不可能為100%,因此一定有漏感.引入 RCD 鉗位電路，目的是消耗漏感能量，但不能消耗主勵(lì)磁電感能量， 否則會(huì)降低電路效率。要做到這點(diǎn)必須對(duì)RC 參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).

5.1先說(shuō)下變壓器漏感的原因.

我們用電橋測(cè)試變壓器漏感時(shí)，要短路副邊，測(cè)試原邊得到的電感量則為漏感。你有想過(guò)為什么要短路副邊，這樣測(cè)試的原理是什么？如圖是理想變壓器，理想變壓器遵循以下公式：V2 = N2/N1*V1 N2：副邊的匝數(shù) N1：原邊的匝數(shù).

但實(shí)際中變壓器總是不理想的，總有一部分磁通不參與能量傳遞，在原邊興風(fēng)作浪，產(chǎn)生很多不利影響。這部分不傳遞能量到副邊的磁通產(chǎn)生的電感就是漏感，實(shí)際變壓器的等效圖如下：

等效圖中漏感總是繞組串聯(lián)的。為了測(cè)量繞組的電感量，我們使用電橋施加一定的頻率一定的電壓進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量原理如下：

假如在原邊施加1V的測(cè)量電壓，變壓器的匝比是2:1，則副邊的電壓為0.5V，這是變壓器原理。原邊測(cè)得的總的電感包含了漏感。為了測(cè)量漏感，要想法使主電感LP為零，然后測(cè)量得到的就是漏感。但是如何使主電感量為零呢 方法其實(shí)很簡(jiǎn)單，比如要測(cè)量原邊的漏感則短路副邊，那短路副邊后為何就能測(cè)得原邊的漏感呢？如圖：

短路副邊后，副邊的電壓為0V，根據(jù) V2 = N2/N1 * V1 的變壓器公式可知原邊的電壓也一定為0V，由于漏磁通沒(méi)有參與耦合，因此短路副邊后對(duì)漏感沒(méi)有任何影響，此時(shí)從左邊看進(jìn)去測(cè)量得到的電感量就是漏感了.所以漏感是可以測(cè)量的.

5.2再說(shuō)RCD鉗位電路吸收漏感的原理.

1)當(dāng)MOS管Q關(guān)斷時(shí):

二極管D的正極和負(fù)極為Vin+Vor+尖峰電壓 (忽略二極管壓降)

此電壓Vin+Vor+尖峰電壓通過(guò)二極管D給電容C充電，

此時(shí)R和C的下端電壓也為Vin+Vor+尖峰電壓，R和C的上端電壓為Vin

所以: 當(dāng)Q關(guān)斷，MOS管漏極尖峰電壓通過(guò)二極管D給C充電此時(shí)二極管承受的壓差為0.7V，R和C承受的壓差為Vor+尖峰電壓.

反激電源的反射電壓Vor可以通過(guò)以下公式計(jì)算: Vor=Np/Ns*Vo 其中,Vor是反射電壓,Np是原邊的匝數(shù),Ns是副邊的匝數(shù),Vo是輸出電壓。

2)當(dāng)MOS管Q開(kāi)通時(shí)，二極管D的正極的電壓為0(忽略MOS管導(dǎo)通壓降)此時(shí)由于電容C上為上半周期存儲(chǔ)的高電壓，此時(shí)二極管上的電壓為上正下負(fù)截止此時(shí)C通過(guò)電阻R放電復(fù)位C上的電壓每個(gè)周期必須復(fù)位所以: 當(dāng)O開(kāi)通，二極管截止，承受反向耐壓Vin+Vor+尖峰電壓.

R和C承受的壓差繼續(xù)為Vor+尖峰電壓.

5.3RCD參數(shù)具體計(jì)算

知道大家不喜歡計(jì)算,先說(shuō)RCD經(jīng)驗(yàn)取值:

1)100V/220V輸入電壓時(shí)R可選5K-220K左右，1-2W封裝

2)220V輸入電壓時(shí)C可選1-10N左右，耐壓選630以上

3)二極管，耐壓不小于MOS，小功率一般選4007，功率更大的電源應(yīng)該選更大功率的二極管 .

4)為了提高效率，需要實(shí)測(cè)更改電容C和電阻R的值.

再說(shuō)實(shí)際計(jì)算.RCD吸收漏感的基本原理為將變壓器漏感儲(chǔ)能轉(zhuǎn)移到箱位電容器中，即:

式中:

IPK為開(kāi)關(guān)管峰值電流;

LK為漏感量,這個(gè)上面說(shuō)了,是可以測(cè)出來(lái)的;

C為要求的電容量;

Vcmax為上面說(shuō)的反射電壓+尖峰電壓

Vcmin為電容放電后的放電壓

開(kāi)始計(jì)算:

Vor為反射電壓,(NP/NS) Vo,就是上圖三角形的a-a ,就是小三角形的底

Vcmax,就是三角形的a,于是有幾何關(guān)系式(三角形相似原理):

Ton/T=Vor/Vcmax

為保證S開(kāi)通時(shí)，c上的電壓剛好放到，需滿足

將 (1) 式代入 (2) 式可得:

對(duì)整個(gè)周期RC放電過(guò)程分析，有:

前面說(shuō)了,漏感儲(chǔ)能轉(zhuǎn)移到箱位電容器中,根據(jù)能量守恒:

式中:Ipk為L(zhǎng)k釋能給C的電流峰值，將式(1)、(3)和式(4)代入式(5)，得:

綜合式 (3) 可得到:

電阻功率選取依據(jù):

至此,RCD中,R和C的參數(shù)基本說(shuō)清楚了.

二極管的選擇:

最后是選擇 RCD箱位電路的阻斷二極管，通常選擇不能用快速反向恢復(fù)二極管，不然振蕩嚴(yán)重！

額定電流至少為開(kāi)關(guān)管實(shí)際工作電流峰值一半，額定電壓需要不低于直流母線電壓.