输入整流滤波器及钳位保护电路的设计

例如，设计一个7.5V／2A(15W)交流输入电压范围为85~265V，要求η=80％。将po=15W、η=80％、umin=85V、cosψ=0.7代入(2)式得到，IRMS=0．32A，进而求出Id=0．65×IRMS=0．21A。实际选用lA／600V为了留出一定的余量，整流桥。

2输入滤波器电容器的选择

1)输入滤波电容器容量的选择

输入滤波电容器的容量，以减少整流滤波器的输出纹波CI必须选对。使各单位输出功率(W)所需输入滤波电容器容量(μF)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l，po为开关电源输出功率。

输入滤波电容的容量是开关电源的重要参数。CI值得选择太低，会使UImin输入脉动电压大大降低，UR却升高。但CI如果值太高，会增加电容器的成本，增加电容器的成本UImin降低脉动电压的值和效果并不明显。以下是计算的介绍CI准确值的方法。

交流电压u的最小值为umin。u桥式整流和CI滤波，在u=umin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=在80%的情况下绘制。从图中可以看出，直流高压的最小值UImin还叠加了一个幅度UR一次侧脉动电压，这是CI在充放电过程中形成。欲获得CI按下式计算准确值：

例如，在输入宽范围电压时，umin=85V。取UImin=90V，f=50Hz，tC=3ms，假定po=30W，η=80%，一带入(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在允许的范围内。

3漏极钳位保护电路设计

对于反激开关电源，每当电源开关管理(MOSFET)尖峰电压和感应电压将出现在开关电源的绕组上。其中的尖峰电压是由于高频变压器存在漏感(即漏磁出现的自感)而形成的，它与直流高压UI和感应电压UOR叠加在MOSFET漏极上容易损坏MOSFET。因此，必须在新的漏极钳位保护电路中钳位或吸收尖峰电压。

1)漏极上各电压参数的电位分布

以下是输入直流电压最大值的分析UImax、绕组的感应电压UOR、钳位电压UB与UBM、最大漏极电压UDmax、泄漏源击穿电压U(br)DS这六个电压参数的电位分布给读者一个定量的概念。关于TOpSwitch—XX一系列单片开关电源，其电源开关管的泄漏源击穿电压U(br)DS≥700V，现取下限值700V。感应电压UOR=135V(典型值)。原本钳位二极管的钳位电压UB只需取135V，即可叠加UOR上部漏感引起的尖峰电压被吸收，但事实并非如此。手册中给出UB参数值仅表示常温和小电流下工作的值。实际上，钳位二极管(即瞬态电压抑制器)TVS)它还具有高温、大电流条件下的钳位电压系数UBM要远高于UB。实验表明，两者之间存在以下关系：

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也起到钳位的作用，选择的TVS钳位电压按下式计算：

此外，还应考虑与钳位二极管串联的阻塞二极管VD的影响。VD二极管一般采用快恢复或超快恢复，其特点是反向恢复时间(trr)很短。但是VDl正向恢复时间仍然存在于从反向截止到正向导的过程中(tfr)，还需留出20V电压余量。

考虑上述因素之后，计算TOpSwitch最大漏一源极电压的相关经验公式应为：

TOpSwitch—XX230系列单片开关电源V固定输入交流时，MOSFET漏极上各电压参数的电位分布如图3所示，占空比D≈26％。此时u=230V±35V，即umax=265V，UImax=umax≈375V，UOR=135V，UB=1．5UOR≈200V，UBM=1．4UB=280V，UDmax=675V，最后再留出25V所以U(br)DS=700V。实际上U(br)DS当环境温度升高时，也具有正温度系数U(br)DS上述设计还将增加芯片的耐压值。

2)漏极钳位保护电路的设计

漏极钳位保护电路有以下四种重要设计方法(见图4):

(1)使用瞬态电压抑制器TVS(p6KE200)和阻塞二极管(超陕恢复二极管)UF4005)组成的TVS、VD型钳位电路，如(a)图所示。图中的Np、NS和NB分别代表一次绕组、二次绕组和偏置绕组。然而，一些开关电源使用反馈绕组NF替换偏置绕组NB。

(2)由阻容吸收元件和阻塞二极管组成R、C、VD型钳位电路，如(b)图所示。

(3)阻容吸收元件，TVS由阻塞二极管组成R、C、TVS、VD型钳位电路，如(c)图所示。

(4)由稳压管制成(VDZ)、阻塞吸收元件和阻塞二极管(快速恢复二极管)FRD)构成的VDz、R、C、VD型钳位电路，如(d)图所示。

以上方法(c)保护效果最好，能充分发挥作用TVS响应速度快，能承受瞬态高能脉冲的优点，并增加了新的响应速度RC吸收回路。鉴于压敏电阻(VSR)标称击穿电压值(U1nA)离散性大，响应速度大TVS慢很多，一般不需要在开关电源中形成漏极钳位保护电路。

需要指出的是，快速恢复或超快恢复二极管一般可用于堵塞二极管。但有时会选择反向恢复时间长的玻璃钝化整流管1N4005Gp，其目的是恢复泄漏能量，以提高电源效率。玻璃钝化整流管的反向恢复时间介于快速恢复二极管和普通硅整流管之间，但不得使用普通硅整流管1N4005来代替lN4005Gp。

常用钳位二极管和堵塞二极管的选择见附表2。