开关power 输入电路器件选型计算

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一.输入整流管的选择对于非隔离式开关电源，可采用输入整流管进行半波整流。隔离式开关电源一股采 用由整流管构成的整流桥，亦可直接选用成品整流桥，完成桥式整流。近年来，以大管芯、小封装为特点的各种塑料封装(以下简称塑封)硅整流管大量 上市。它们的体积很小、性能优良、价格低廉，可取代原国产2CZ系列整流管。塑封 整流管的典型产品有1N4001—1N4007(1A)、1N5391—1N5399(1.5A)、1N5400一 1N5408(3A)，主要技术指标见表1，外形如图1所示，靠近色环(通常为 白颜色)的引线为负极。注意，1N4007也有封装成球形的


图1 塑封硅整流管的外形表1 常见塑封硅整流管的技术指标

型号	最高反问工作电压URM(V)	额定整流电流IF(A)	最大正向压降UFM(V)	最高结温TjM(℃)	封装形式	国内参考型号
lN4001	50	1.0	≤1.0	175	DO-41	2CZ11~2CZ11J 2CZ55B~M
lN4002	100
lN4003	200
lN4004	400
lN4005	600
lN4006	800
lN4007	1000
lN5391	50	1.5	≤1.0	175	DO-15	2CZ86B~M
lN5392	100
lN5393	200
lN5394	300
lN5395	400
lN5396	500
lN5397	600
lN5398	800
lN5399	1000
lN5400	50	3	≤1.0	170	DO-27	2CZ12~2CZl2J 2DZ2~2DZ2D 2CZ56B~M
lN5401	100
lN5402	200
lN5403	300
lN5404	400
lN5405	500
lN5406	600
lN5407	800
lN5408	1000

二.输入整流桥的选择全波桥式整流器简称硅整流桥，它是将四只硅整流管接成桥路形式，再用塑料封装 而成的半导体器件。它具有体积小、使用方便、各整流管的参数一致性好等优点，可广 泛用于开关电源的整流电路。硅整流桥有4个引出端，其中交流输入端、直流输出端各 两个。图3-3-2示出几种硅整流桥的外形。硅整流桥的最大整流电流平均值分0.5、1、 1.5、2、3、4、6、8、10、15、25、35、40A等规格，最高反向工作电压有50、100、 200、400、800、1000V等规格。小功率硅整流桥可直接焊在印刷板上，大、中功率硅 整流桥则要用螺钉固定，并且需安装合适的散热器。


图2 几种硅整流桥的外形1．整流桥的导通时间与选通特性50Hz交流电压经过全波整流后变成脉动直流电压u1，再通过输入滤波电容得到直 流高压UI。在理想情况下，整流桥的导通角本应为180°(导通范围是从0°~180°)，但 由于滤波电容器C的作用，仅在接近交流峰值电压处的很短时间内，才有输入电流经 过整流桥对C充电。50Hz交流电的半周期为10ms，整流桥的导通时间tC3ms，其导 通角仅为54°(导通范围是36°~90°)。因此，整流桥实际通过的是窄脉冲电流。桥式整 流滤波电路的原理如图3-3-3(a)所示，整流滤波电压及整流电流的波形分别如图 (b)、图(c)所示。


图3 整流滤波电压及整流电流的波形总结几点：(1)整流桥的上述特性可等效成对应于输入电压频率的占空比大约为30％。(2)整流二极管的一次导通过程，可视为一个“选通脉冲”，其脉冲重复频率就等 于交流电网的频率(50Hz)。(3)为降低开关电源中500kHz以下的传导噪声，有时用两只普通硅整流管(例如 1N4007)与两只快恢复二极管(如FRl06)组成整流桥，FR106的反向恢复时间trr ≈ 250ns。2．整流桥的参数选择整流桥的主要参数有反向峰值电压URM(V)，正向压降UF(V)，平均整流电流 IF(AV)(A)，正向峰值浪涌电流IFSM(A)，最大反向漏电流IR(uA)。整流桥的典型产 品有美国威世(VISHAY)半导体公司生产的3KBP005M~3KBP08M，其主要技术指 标见表2。整流桥的反向击穿电压断应满足下式要求URM ≥ 1.25x1.414xUmax    1表2 3KBP005M~3KBP08M型整流桥主要技术指标

型号	3KBP005M	3KBP01M	3KBP02M	3KBP04M	3KBP06M	3KBP08M
URM(V)	50	100	200	400	600	800
UF(V)			1.05
IF(AV)(A)			3.0
IFSM(A)			80
IR(uA)			5.0

举例说明，当交流输入电压范围是85~132V时，Umax＝132V，由式1计 算出URM＝233.3V，可选最高反向耐压400V的成品整流桥。对于宽范围输入交流电 压，Umax＝265V，同理求得URM＝468．4V，应选最高反向耐压600V的成品整流桥。需要指出，假如用4只硅整流管来构成整流桥，整流管的耐压值还应进一步提高。辟如可 选1N4007(1A／1000V)、1N5408(3A／1000V)型塑封整流管。这是因为此类管子的 价格低廉，且按照耐压值“宁高勿低”的原则，能提高整流桥的安全性与可靠性。设输入有效值电流为IRMS，整流桥额定的有效值电流为IBR，应当伎IBR ≥ 2IRMS。计 算IRMS的公式如下IRMS = PO/(ηumincosφ)    (2)式中：PO为开关电源的输出功率；η为电源效率；umin为交流输入电压的最小值；cosφ 为开关电源的功率因数，允许cosφ＝0.5~0.7。由于整流桥实际通过的不是正弦波电 流，而是窄脉冲电流(参见图3)，因此整流桥的平均整流电流Id＜IRM，一般可按 Id=(0.6~0.7)IRM来计算IAVG值。例如，设计一个7.5V/2A(15W)开关电源，交流输 入电压范围是85—265V，要求η＝80％。将PO＝15W、η ＝80％、umin＝85V、>cosφ＝0.7一并代入式(2)得 到，IRMS＝0.32A，进而求出Id＝0.65×IRMS＝0.21(A)。实际选用1A/600V的整流桥，以留出一定余量。整流桥亦可由4只整流管构成，例如可选1N4007 型1A/1000V硅整流管。需要指出，图3-3-4中采用 两只FRl06型1A/800V快恢复二极管(VD1、VD2)、 两只1N4007型普通硅整流管(VD3、VD4)，目的是降 低开关电源中500kHz以下的传导噪声。FR106的反向 恢复时间trr≈250ns。

图4 由硅整流管和快恢复二极管组成整流桥三.输入滤波电容器的选择1．输入滤波电容器容量的选择为降低整流滤波器的输出纹波，输入滤波电容器的容量CI必须选得合适。令每单 位输出功率(W)所需输入滤波电容器容量(uF)的比例系数为k，当交流电压u＝ 85~265V时，应取k＝2~3uF/W；当交流电压u＝230V(1±15％)时，应取k＝1uF/W。输入滤波电容器容量的选择方法详见表3，PO为开关电源的输出功率。表3 输入滤波电容器容量的选择方法

u(V)	umin(V)	PO(W)	k(uf/W)	CI(uF)
110(1±15％)	≥90	2~3	2~3	≥(2~3)PO值
85~265	≥90	2~3	2~3	≥(2~3)PO值
240(1±15％)	≥240	1	1	≥PO值

2．准确计算输入滤波电容器容量的方法输入滤波电容的容量是开关电源的一个重要参数。CI值选得过低，会使UImin值大 大降低，而输入脉动电压UR却升高。但CI值取得过高，会增加电容器成本，而且对于 提高UImin值和降低脉动电压的效果并不明显。下面介绍计算CI准确值的方法。设交流电压“的最小值为umin。u经过桥式整流和CI滤波，在u＝umin情况下的输出 电压波形如图3-3-5所示。该图是在PO＝POM，f＝50Hz、整流桥的导通时间tC＝ 3ms,η＝80％的情况下绘出的。由图可见，在直流高压的最小值UImin上还叠加一个幅 度为UR的一次侧脉动电压，这是CI在充放电过程中形成的。欲获得CI的准确值，可 按下式进行计算CI = 2PO(1/f - tC)/η/(2Umin2 - UImin2)   (2)


图5 交流电压为最小值时的输出电压波形[例]在宽范围电压输入时，umin＝85V。取UImin＝90V，f＝50Hz，tC＝3ms，假定 PO＝30W，η＝80％，一并代入式(2)中求出CI＝84.2uF，比例系数CI/PO＝ 84.2uF/30W＝2.8uF/W，这恰好在2~3uF/W允许的范围之内。.