开关电源设计之输入整流滤波器及钳位保护电路

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必须选的合适。令每单位输出功率(W)所需输入滤波电容器容量(μF)的比例系数为k，当交流电压u=85～265V时，应取k=(2～3)μF/W;当交流电压u=230V(1±15%)时，应取k=1μF/W。输入滤波电容器容量的选择方法详见附表l，Po为开关电源的输出功率。

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u的最小值为umin。u经过桥式整流和CI滤波，在u=umin情况下的输入电压波形如图2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：

举例说明，在宽范围电压输入时，umin=85V。取UImin=90V，f=50Hz，tC=3ms，假定Po=30W，η=80%，一并带入 (3)式中求出CI=84.2μF，比例系数CI/PO=84.2μF/30W=2.8μF/W，这恰好在(2～3)μF/W允许的范围之内。

漏极钳位保护电路的设计

对反激式开关电源而言，每当功率开关管(MOSFET)由导通变成截止时，在开关电源的一次绕组上就会产生尖峰电压和感应电压。其中的尖峰电压是由于高频变压器存在漏感(即漏磁产生的自感)而形成的，它与直流高压UI和感应电压UOR叠加在MOSFET的漏极上，很容易损坏MOSFET。为此，必须在增加漏极钳位保护电路，对尖峰电压进行钳位或者吸收。

1)漏极上各电压参数的电位分布

下面分析输入直流电压的最大值UImax、一次绕组的感应电压UOR、钳位电压UB与UBM、最大漏极电压UDmax、漏一源击穿电压 U(BR)DS这6个电压参数的电位分布情况，使读者能有一个定量的概念。对于TOPSwitch—XX系列单片开关电源，其功率开关管的漏一源击穿电压 U(BR)DS≥700V，现取下限值700V。感应电压UOR=135V(典型值)。本来钳位二极管的钳位电压UB只需取135V，即可将叠加在UOR 上由漏感造成的尖峰电压吸收掉，实际却不然。手册中给出UB参数值仅表示工作在常温、小电流情况下的数值。实际上钳位二极管(即瞬态电压抑制器TVS)还具有正向温度系数，它在高温、大电流条件下的钳位电压UBM要远高于UB。实验表明，二者存在下述关系：

这表明UBM大约比UB高40%。为防止钳位二极管对一次侧感应电压UOR也起到钳位作用，所选用的TVS钳位电压应按下式计算：