反激式开关电源元件参数选型(一)

1.输入电容

1.1电容耐压

220V 指的是交流电的有效值,实际上220V的市电电压是不稳定的,一般在176V-264V之前,

所以最大值为峰值264*1.414=373V

1.2输入电容容值选取

1)输入电解电容经验选取法

当输入电压为220V±20%(AC176-264V) 时按照输出功率选取: w/uF2、当输入电压为110±20%时(AC88-132V) 时按照输出功率选取: w/ (2-3) uF此时耐压 (200V)

2)输入电解电容容值快速估算

其中:Vmin_p为AC的最小电压,对应AC176V

2.整流桥的选择

整流桥的作用就是把输入交流电压整形成直流电压，把正弦波整成馒头波,由于整流管的单向导电性，在输入电压瞬时值小于滤波电容上电压时整流桥.在这个时候是不导通的，使整流桥的电流变成2-3ms左右的窄脉冲。为获得所需要的整流输出电流，这个电流窄脉冲的幅值将会很高。通常整流桥的额定平均电流应该降额使用。

2.1整流桥的电流选择

选择整流桥的电流必须大于Ibr

2.2整流桥的耐压

整流桥的常态耐压为输入电压的峰值电压比如AC176-264V的最高峰值为264*根号下2=373V由于需要考虑在做浪涌 (4级) 实验的时候，有个2000V的峰值灌倒输虽然有压敏电阻，但压敏电阻抑制电压后还有有个残余电压比如471KD10残压为775V

3.X电容上的放电电阻

信息技术设备的安全，国家标准: GB4943-2011等同于UL60950摘文如下:

“设备在设计上应保证在交流电网电源外部断接处,尽量减小因接在一次电路中的电容器贮存有电荷而产生的电击危险.

通过检查设备和有关的电路图来检验其是否合格.检查时考虑到断开电源时通/断开关可能处于任一位置如果设备中有任何电容器,其标明的或标称的容量超过 0.1uF,而且接在一次电路上,但该电容器的放电时间常数不超过下列规定值,则应认为设备是合格的:

一对 A 型可插式设备,1S;和一对永久性连接式设备和 B 型可插式设备,10s.

有关时间常数是指等效电容量(uF)和等效放电电阻值(M )的乘积如果测定等效电容量和电阻值有困难,则可以在外部断接点测量电压衰减.

注:在经过一段等于一个时间常数的时间,电压将衰减到初始值的 37%.”

X电容的作用是,在1s以内放电到原来电压的37%,放电时间可以利用基础的RC充放电回路计算.

初始电压为E的电容C通过R放电

V0=E,V0为电容上初始电压

Vt为电容C由R放电,过时间t后电容上的电压

故电容器放电，任意时刻t，电容上的电压为：

根据放电公式求取X电容上的放电电阻

此开关电源的C为两个X电容为200N

C=200NF

1s内把电放到原电压的37%

t=1s

Vt=0.37E

则可以快速求出放电电阻

R=5.029MΩ, 选择R＜5.029MΩ

RC=1,选择时间常数RC＜1

快速计算方法:利用RC<1

1、封装1206

2、电压Vmax=200V

3、电流Imax=2A

4、功率Pmax=1/4W不超过一半

5、阻值RC=1,根据安规快速计算

4.EMI电路参数

4.1关于X电容和Y电容

1)X电容根据实际情况选取，一般功率越大X电容会更大

2)Y一般会根据客户要求的漏电流来选取

漏电流、施加电压频率、施加电压幅值客户都会给出，或者参照各公司企业标准参考，一般漏电流要求有比较小的比如0.35mA的，也有要求没那么严格的比如10mA 电压一般施加为50Hz，施加电压幅值一般为2000-3000V左右 .

根据IEC 60384-14,电容器分为X电容及Y电容

X电容是指跨于L-N之间的电容器2.Y电容是指跨于L-G/N-G之间的电容器(L=Line, N=Neutral, G=Ground)

X电容底下又分为X1，X2，X3,主要差别在于:

1)X1耐高压大于2.5 kY,小于等于4 kV;

2)X2耐高压小于等于2.5 kV:

3)X3耐高压小于等于1.2 kV

Y电容底下又分为Y1，Y2，Y3,Y4,主要差别在于:(耐直流电压等级)

1)Y1耐高压大于8 kV:

2)Y2耐高压大于5 kv;

3)Y3耐高压 n/a

4)Y4耐高压大于2.5 kV

4.2共模电感选取

共模电感无法准确计算，但可以计算其所在滤波器最小的转折频率来选取最小电感量

转折频率必须大于60Hz，必须小于开关频率

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

一般共模电感量越大抑制效果会更好.

5.RCD吸收电路

变压器耦合度不可能为100%,因此一定有漏感.引入 RCD 钳位电路，目的是消耗漏感能量，但不能消耗主励磁电感能量， 否则会降低电路效率。要做到这点必须对RC 参数进行优化设计.

5.1先说下变压器漏感的原因.

我们用电桥测试变压器漏感时，要短路副边，测试原边得到的电感量则为漏感。你有想过为什么要短路副边，这样测试的原理是什么？如图是理想变压器，理想变压器遵循以下公式：V2 = N2/N1*V1 N2：副边的匝数 N1：原边的匝数.

但实际中变压器总是不理想的，总有一部分磁通不参与能量传递，在原边兴风作浪，产生很多不利影响。这部分不传递能量到副边的磁通产生的电感就是漏感，实际变压器的等效图如下：

等效图中漏感总是绕组串联的。为了测量绕组的电感量，我们使用电桥施加一定的频率一定的电压进行测量，测量原理如下：

假如在原边施加1V的测量电压，变压器的匝比是2:1，则副边的电压为0.5V，这是变压器原理。原边测得的总的电感包含了漏感。为了测量漏感，要想法使主电感LP为零，然后测量得到的就是漏感。但是如何使主电感量为零呢 方法其实很简单，比如要测量原边的漏感则短路副边，那短路副边后为何就能测得原边的漏感呢？如图：

短路副边后，副边的电压为0V，根据 V2 = N2/N1 * V1 的变压器公式可知原边的电压也一定为0V，由于漏磁通没有参与耦合，因此短路副边后对漏感没有任何影响，此时从左边看进去测量得到的电感量就是漏感了.所以漏感是可以测量的.

5.2再说RCD钳位电路吸收漏感的原理.

1)当MOS管Q关断时:

二极管D的正极和负极为Vin+Vor+尖峰电压 (忽略二极管压降)

此电压Vin+Vor+尖峰电压通过二极管D给电容C充电，

此时R和C的下端电压也为Vin+Vor+尖峰电压，R和C的上端电压为Vin

所以: 当Q关断，MOS管漏极尖峰电压通过二极管D给C充电此时二极管承受的压差为0.7V，R和C承受的压差为Vor+尖峰电压.

反激电源的反射电压Vor可以通过以下公式计算: Vor=Np/Ns*Vo 其中,Vor是反射电压,Np是原边的匝数,Ns是副边的匝数,Vo是输出电压。

2)当MOS管Q开通时，二极管D的正极的电压为0(忽略MOS管导通压降)此时由于电容C上为上半周期存储的高电压，此时二极管上的电压为上正下负截止此时C通过电阻R放电复位C上的电压每个周期必须复位所以: 当O开通，二极管截止，承受反向耐压Vin+Vor+尖峰电压.

R和C承受的压差继续为Vor+尖峰电压.

5.3RCD参数具体计算

知道大家不喜欢计算,先说RCD经验取值:

1)100V/220V输入电压时R可选5K-220K左右，1-2W封装

2)220V输入电压时C可选1-10N左右，耐压选630以上

3)二极管，耐压不小于MOS，小功率一般选4007，功率更大的电源应该选更大功率的二极管 .

4)为了提高效率，需要实测更改电容C和电阻R的值.

再说实际计算.RCD吸收漏感的基本原理为将变压器漏感储能转移到箱位电容器中，即:

式中:

IPK为开关管峰值电流;

LK为漏感量,这个上面说了,是可以测出来的;

C为要求的电容量;

Vcmax为上面说的反射电压+尖峰电压

Vcmin为电容放电后的放电压

开始计算:

Vor为反射电压,(NP/NS) Vo,就是上图三角形的a-a ,就是小三角形的底

Vcmax,就是三角形的a,于是有几何关系式(三角形相似原理):

Ton/T=Vor/Vcmax

为保证S开通时，c上的电压刚好放到，需满足

将 (1) 式代入 (2) 式可得:

对整个周期RC放电过程分析，有:

前面说了,漏感储能转移到箱位电容器中,根据能量守恒:

式中:Ipk为Lk释能给C的电流峰值，将式(1)、(3)和式(4)代入式(5)，得:

综合式 (3) 可得到:

电阻功率选取依据:

至此,RCD中,R和C的参数基本说清楚了.

二极管的选择:

最后是选择 RCD箱位电路的阻断二极管，通常选择不能用快速反向恢复二极管，不然振荡严重！

额定电流至少为开关管实际工作电流峰值一半，额定电压需要不低于直流母线电压.