中心議題：

• 輸入整流橋的選擇
• 輸入濾波電容器的選擇
• 漏極鉗位保護電路的設計

本文介紹輸入整流濾波器及鉗位保護電路的設計，包括輸入整流橋的選擇
、輸入濾波電容器的選擇
、漏極鉗位保護電路的設計等內容，講解圖文並茂且附實例計算。

1 輸入整流橋的選擇

1）整流橋的導通時間與選通特性
50Hz交流電壓經過全波整流後變成脈動直流電壓u1，再通過輸入濾波電容得到直流高壓U1。在理想情況下

，整流橋的導通角本應為180°（導通範圍是從 0°～180°），但由於濾波電容器C的作用，僅在接近交流峰值電壓處的很短時間內
，才有輸入電流流經過整流橋對C充電。50Hz交流電的半周期為 10ms，整流橋的導通時間tC≈3ms，其導通角僅為54°（導通範圍是36°～90°）。因此
，整流橋實際通過的是窄脈衝電流。橋式整流濾波電路的原 理如圖1（a）所示
，整流濾波電壓及整流電流的波形分別如圖l（b）和（c）所示。

最後總結幾點：
（1）整流橋的上述特性可等效成對應於輸入電壓頻率的占空比大約為30％。
（2）整流二極管的一次導通過程，可視為一個“選通脈衝”
，其脈衝重複頻率就等於交流電網的頻率（50Hz）。
（3）為降低開關電源中500kHz以下的傳導噪聲
，有時用兩隻普通矽整流管（例如1N4007） 與兩隻快恢複二極管（如FR106）組成整流橋
，FRl06的反向恢複時間trr≈250ns。

2）整流橋的參數選擇
隔(ge)離(li)式(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)由(you)整(zheng)流(liu)管(guan)構(gou)成(cheng)的(de)整(zheng)流(liu)橋(qiao)，亦(yi)可(ke)直(zhi)接(jie)選(xuan)用(yong)成(cheng)品(pin)整(zheng)流(liu)橋(qiao)，完(wan)成(cheng)橋(qiao)式(shi)整(zheng)流(liu)。全(quan)波(bo)橋(qiao)式(shi)整(zheng)流(liu)器(qi)簡(jian)稱(cheng)矽(gui)整(zheng)流(liu)橋(qiao)，它(ta)是(shi)將(jiang)四(si)隻(zhi)矽(gui)整(zheng)流(liu)管(guan)接(jie)成(cheng)橋(qiao)路(lu)形(xing)式(shi)，再(zai)用(yong)塑(su)料(liao)封(feng)裝(zhuang)而(er)成(cheng)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)。它(ta)具(ju)有(you)體(ti)積(ji)小(xiao)
、使用方便、各整流管的參數一致性好等優點，可廣泛用於開關電源的整流電路。矽整流橋有4個引出端
，其中交流輸入端、直流輸出端各兩個。

矽整流橋的最大整流電流平均值分0．5～40A等多種規格

，最高反向工作電壓有50～1000V等多種規格。小功率矽整流橋可直接焊在印刷板上
，大、中功率矽整流橋則要用螺釘固定
，並且需安裝合適的散熱器。

整流橋的主要參數有反向峰值電壓URM（V），正向壓降UF（V），平均整流電流Id（A）
，正向峰值浪湧電流IFSM（A），最大反向漏電流 IR（μA）。整流橋的反向擊穿電壓URR應滿足下式要求：

舉例說明，當交流輸入電壓範圍是85～132V時，umax=132V，由式（1）計算出UBR=233．3V，可選耐壓400V的成品整流橋。對於寬範 圍輸入交流電壓，umax=265V，同理求得UBR=468．4V，應選耐壓600V的成品整流橋。需要指出，假如用4隻矽整流管來構成整流橋，整流管 的耐壓值還應進一步提高。辟如可選1N4007（1A／1000V）

、1N5408（3A／1000V）型塑封整流管。這是因為此類管子的價格低廉，且按 照耐壓值“寧高勿低”的原則，能提高整流橋的安全性與可靠性。

設輸入有效值電流為IRMS
，整流橋額定的有效值電流為IBR，應當使IBR≥2IRMS。計算IRMS的公式如下：

式中
，PO為開關電源的輸出功率，η為電源效率，umin為交流輸入電壓的最小值，cosφ為開關電源的功率因數，允許cosφ=0．5～0．7。由於整 流橋實際通過的不是正弦波電流

，而是窄脈衝電流（參見圖1）
，因此整流橋的平均整流電流Id 例如，設計一個7．5V／2A（15W）開關電源，交流輸入電壓範圍是85～265V，要求η=80％。將Po=15W、η=80％、umin=85V、 cosψ=0．7一並代入（2）式得到，IRMS=0．32A
，進而求出Id=0．65×IRMS=0．21A。實際選用lA／600V的整流橋，以留出一定餘量。
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2 輸入濾波電容器的選擇

1）輸入濾波電容器容量的選擇
為降低整流濾波器的輸出紋波，輸入濾波電容器的容量CI必須選的合適。令每單位輸出功率（W）所需輸入濾波電容器容量 （μF）的比例係數為k，當交流電壓 u=85～265V時，應取k=（2～3）μF／W；當交流電壓u=230V（1±15％）時，應取k=1μF／W。輸入濾波電容器容量的選擇方法詳見附表l，Po為開關電源的輸出功率。

2）準確計算輸入濾波電容器容量的方法
輸入濾波電容的容量是開關電源的一個重要參數。CI值選得過低，會使UImin值大大降低，而輸入脈動電壓UR卻升 高。但CI值取得過高
，會增加電容器成本
，而且對於提高UImin值和降低脈動電壓的效果並不明顯。下麵介紹計算CI準確值的方法。

設交流電壓u的最小值為umin。u經過橋式整流和CI濾波，在u=umin情況下的輸入電壓波形如圖2所示。該圖是在Po=POM，f=50Hz
、整流橋的導通時間tC=3ms、η=80％的情況下繪出的。由圖可見，在直流高壓的最小值UImin上還疊加一個幅度為UR的一次側脈動電壓，這是CI在充放 電過程中形成的。欲獲得CI的準確值，可按下式進行計算：

舉例說明，在寬範圍電壓輸入時，umin=85V。取UImin=90V，f=50Hz，tC=3ms
，假定Po=30W

，η=80％，一並帶入（3）式 中求出CI=84．2μF，比例係數CI／PO=84．2μF／30W=2．8μF／W，這恰好在（2～3）μF／W允許的範圍之內。

3 漏極鉗位保護電路的設計

對反激式開關電源而言，每當功率開關管（MOSFET）由導通變成截止時
，在開關電源的一次繞組上就會產生尖峰電壓和感應電壓。其中的尖峰電壓是由於高頻變壓器存在漏感（即漏磁產生的自感）而形成的
，它與直流高壓UI和感應電壓UOR疊加在MOSFET的漏極上，很容易損壞MOSFET。為此
，必須在增加 漏極鉗位保護電路，對尖峰電壓進行鉗位或者吸收。

1）漏極上各電壓參數的電位分布
下麵分析輸入直流電壓的最大值UImax、一次繞組的感應電壓UOR

、鉗位電壓UB與UBM
、最大漏極電壓UDmax

、漏一源擊穿電壓U（BR）DS這6 個電壓參數的電位分布情況使讀者能有一個定量的概念。對於TOPSwitch—XX係列單片開關電源
，其功率開關管的漏一源擊穿電壓 U（BR）DS≥700V，現取下限值700V。感應電壓UOR=135V（典型值）。本來鉗位二極管的鉗位電壓UB隻需取135V，即可將疊加在UOR 上由漏感造成的尖峰電壓吸收掉
，實際卻不然。手冊中給出UB參數值僅表示工作在常溫、小電流情況下的數值。實際上鉗位二極管（即瞬態電壓抑製器TVS）還 具有正向溫度係數
，它在高溫、大電流條件下的鉗位電壓UBM要遠高於UB。實驗表明
，二者存在下述關係：

這表明UBM大約比UB高40％。為防止鉗位二極管對一次側感應電壓UOR也起到鉗位作用，所選用的TVS鉗位電壓應按下式計算：

此外
，還須考慮與鉗位二極管相串聯的阻塞二極管VD的影響。VD一般采用快恢複或超快恢複二極管
，其特征是反向恢複時間（trr）很短。但是VDl在從反向截止到正向導通過程中還存在著正向恢複時間（tfr），還需留出20V的電壓餘量。
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考慮上述因素之後，計算TOPSwitch一 最大漏一源極電壓的經驗公式應為：

TOPSwitch—XX係列單片開關電源在230V交流固定輸入時
，MOSFET的漏極上各電壓參數的電位分布如圖3所示
，占空比D≈26％。此時 u=230V±35V，即umax=265V，UImax=umax≈375V
，UOR=135V，UB=1．5 UOR≈200V
，UBM=1．4UB=280V，UDmax=675V
，最後再留出25V的電壓餘量

，因此U（BR）DS=700V。實際上 U（BR）DS也具有正向溫度係數，當環境溫度升高時U（BR）DS也會升高，上述設計就為芯片耐壓值提供了額外的裕量。

2）漏極鉗位保護電路的設計
漏極鉗位保護電路主要有以下4種設計方案（電路參見圖4）：

 

（1）利用瞬態電壓抑製器TVS（P6KE200） 和阻塞二極管（超陝恢複二極管UF4005） 組成的TVS、VD型鉗位電路，如（a）圖所示。圖中的Np、NS和NB分別代表一次繞組、二次繞組和偏置繞組。但也有的開關電源用反饋繞組NF來代替偏置繞組NB。
（2）利用阻容吸收元件和阻塞二極管組成的R、C
、VD型鉗位電路
，如（b）圖所示。
（3）由阻容吸收元件、TVS和阻塞二極管構成的R、C
、TVS、VD型鉗位電路
，如（c）圖所示。
（4）由穩壓管（VDZ）、阻容吸收元件和阻塞二極管（快恢複二極管FRD）構成的VDz、R、C、VD型鉗位電路


，如（d）圖所示。

上述方案中以（c）的保護效果最佳
，它能充分發揮TVS響應速度極快、可承受瞬態高能量脈衝之優點，並且還增加了RC吸收回路。鑒於壓敏電阻器（VSR） 的標稱擊穿電壓值（U1nA）離散性較大，響應速度也比TVS慢很多，在開關電源中一般不用它構成漏極鉗位保護電路。

需要指出
，阻塞二極管一般可采用快恢複或超快恢複二極管。但有時也專門選擇反向恢複時間較長的玻璃鈍化整流管1N4005GP
，qimudeshishilougannengliangnenggoudedaohuifu，yitigaodianyuanxiaolv。bolidunhuazhengliuguandefanxianghuifushijianjieyukuaihuifuerjiguanyuputongguizhengliuguanzhijian，danbudeyongputongguizhengliuguan1N4005來代替lN4005GP。

常用鉗位二極管和阻塞二極管的選擇見附表2。