整流橋與輸入電容的選擇

1、輸入整流濾波器及鉗位保護(hù)電路的設(shè)計(jì)    1 輸入整流橋的選擇   1)整流橋的導(dǎo)通時(shí)間與選通特性   50Hz交流電壓經(jīng)過(guò)全波整流后變成脈動(dòng)直流電壓u1，再通過(guò)輸入濾波電容得到直流高壓U1。在理想情況下，整流橋的導(dǎo)通角本應(yīng)為180°(導(dǎo)通范圍是從0°180°)，但由于濾波電容器C的作用，僅在接近交流峰值電壓處的很短時(shí)間內(nèi)，才有輸入電流流經(jīng)過(guò)整流橋?qū)充電。50Hz交流電的半周期為10ms，整流橋的導(dǎo)通時(shí)間tC3ms，其導(dǎo)通角僅為54°(導(dǎo)通范圍

2、是36°90°)。因此，整流橋?qū)嶋H通過(guò)的是窄脈沖電流。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。    最后總結(jié)幾點(diǎn)：   (1)整流橋的上述特性可等效成對(duì)應(yīng)于輸入電壓頻率的占空比大約為30。   (2)整流二極管的一次導(dǎo)通過(guò)程，可視為一個(gè)“選通脈沖”，其脈沖重復(fù)頻率就等于交流電網(wǎng)的頻率(50Hz)。   (3)為降低開(kāi)關(guān)電源中500kHz以下的傳導(dǎo)噪聲，有時(shí)用兩只普通硅整流管(例如1N40

3、07)與兩只快恢復(fù)二極管(如FR106)組成整流橋，F(xiàn)Rl06的反向恢復(fù)時(shí)間trr250ns。   2)整流橋的參數(shù)選擇   隔離式開(kāi)關(guān)電源一般采用由整流管構(gòu)成的整流橋，亦可直接選用成品整流橋，完成橋式整流。全波橋式整流器簡(jiǎn)稱(chēng)硅整流橋，它是將四只硅整流管接成橋路形式，再用塑料封裝而成的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、使用方便、各整流管的參數(shù)一致性好等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于開(kāi)關(guān)電源的整流電路。硅整流橋有4個(gè)引出端，其中交流輸入端、直流輸出端各兩個(gè)。   硅整流橋的最大整流電流平均值分0540A等多種規(guī)格，最高反向工作電

4、壓有501000V等多種規(guī)格。小功率硅整流橋可直接焊在印刷板上，大、中功率硅整流橋則要用螺釘固定，并且需安裝合適的散熱器。   整流橋的主要參數(shù)有反向峰值電壓URM(V)，正向壓降UF(V)，平均整流電流Id(A)，正向峰值浪涌電流IFSM(A)，最大反向漏電流IR(A)。整流橋的反向擊穿電壓URR應(yīng)滿(mǎn)足下式要求：    舉例說(shuō)明，當(dāng)交流輸入電壓范圍是85132V時(shí)，umax=132V，由式(1)計(jì)算出UBR=2333V，可選耐壓400V的成品整流橋。對(duì)于寬范圍輸入交流電壓，umax=265V，同理求得UBR=4684V，應(yīng)

5、選耐壓600V的成品整流橋。需要指出，假如用4只硅整流管來(lái)構(gòu)成整流橋，整流管的耐壓值還應(yīng)進(jìn)一步提高。辟如可選1N4007(1A1000V)、1N5408(3A1000V)型塑封整流管。這是因?yàn)榇祟?lèi)管子的價(jià)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(shè)輸入有效值電流為IRMS，整流橋額定的有效值電流為IBR，應(yīng)當(dāng)使IBR2IRMS。計(jì)算IRMS的公式如下：    式中，PO為開(kāi)關(guān)電源的輸出功率，為電源效率，umin為交流輸入電壓的最小值，cos為開(kāi)關(guān)電源的功率因數(shù)，允許cos=0507。由于整流

6、橋?qū)嶋H通過(guò)的不是正弦波電流，而是窄脈沖電流(參見(jiàn)圖1)，因此整流橋的平均整流電流Id<IRMS，一般可按Id=(0607)IRMS來(lái)計(jì)算IAVG值。   例如，設(shè)計(jì)一個(gè)75V2A(15W)開(kāi)關(guān)電源，交流輸入電壓范圍是85265V，要求=80。將Po=15W、=80、umin=85V、cos=07一并代入(2)式得到，IRMS=032A，進(jìn)而求出Id=065×IRMS=021A。實(shí)際選用lA600V的整流橋，以留出一定余量。   2 輸入濾波電容器的選擇   1)輸入濾波電容器容量

7、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(F)的比例系數(shù)為k，當(dāng)交流電壓u=85265V時(shí)，應(yīng)取k=(23)FW；當(dāng)交流電壓u=230V(1±15)時(shí)，應(yīng)取k=1FW。輸入濾波電容器容量的選擇方法詳見(jiàn)附表l，Po為開(kāi)關(guān)電源的輸出功率。    2)準(zhǔn)確計(jì)算輸入濾波電容器容量的方法輸入濾波電容的容量是開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)重要參數(shù)。CI值選得過(guò)低，會(huì)使UImin值大大降低，而輸入脈動(dòng)電壓UR卻升高。但CI值取得過(guò)高，會(huì)增加電容器成本，而且對(duì)于提高

8、UImin值和降低脈動(dòng)電壓的效果并不明顯。下面介紹計(jì)算CI準(zhǔn)確值的方法。   設(shè)交流電壓u的最小值為umin。u經(jīng)過(guò)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(dǎo)通時(shí)間tC=3ms、=80的情況下繪出的。由圖可見(jiàn)，在直流高壓的最小值UImin上還疊加一個(gè)幅度為UR的一次側(cè)脈動(dòng)電壓，這是CI在充放電過(guò)程中形成的。欲獲得CI的準(zhǔn)確值，可按下式進(jìn)行計(jì)算：    舉例說(shuō)明，在寬范圍電壓輸入時(shí)，umin=85V。取UImin=90V，f=50Hz，tC=3ms，假定Po

9、=30W，=80，一并帶入(3)式中求出CI=842F，比例系數(shù)CIPO=842F30W=28FW，這恰好在(23)FW允許的范圍之內(nèi)。 開(kāi)關(guān)電源決定一次側(cè)濾波電容，主要影響電源的性能參數(shù)為輸出低頻交流紋波與保持時(shí)間. 濾波電容越大，電容器上的Vin(min)越高，可以輸出較大功率的電源，但相對(duì)價(jià)格也提高了。 輸入電解電容計(jì)算方法(舉例說(shuō)明)： 1.因輸出電壓12V 輸出電流2A, 故輸出功率：Pout=Vo*Io=12.0V*2A=24W。 2.設(shè)定變壓器的轉(zhuǎn)換效率約為80%，則輸出功率為24W的電源其輸入功率：Pin=P

10、out/效率= . 3.因輸入最小交流電壓為90VAC，則其直流輸出電壓為： Vin=90* =127Vdc 故負(fù)載直流電流為：I= = (若電源的等級(jí)要求較高時(shí), 可考慮如下參數(shù)進(jìn)行推算; 因輸入最小交流電壓為90VAC，則其最低輸出直流電壓為： Vin(min)=90* -30(直流紋波電壓)=97Vdc，故最大負(fù)載直流電流為：IMAX= = ) 4.設(shè)計(jì)允許30VPP的直流紋波電壓 ，并且電容要維持電壓的時(shí)間為半周期t（即半周期的工頻率交流電壓在約是8ms，T= = =0.0167S=16.7 ms）則：C= 62uF在常用電容47-82uF之間，因考慮成本問(wèn)題。 故實(shí)際選擇電容量47uF. 5.因最大輸入交流電壓為264Vac，則最高直流電壓為:V=264* =373VDC. 實(shí)際選用通用型耐壓400Vdc的電解電容,此電壓等級(jí),電容有95%的裕度. 6.電容器的承受的紋波電流值決定電容器的溫升,進(jìn)而決定電容器的壽命.(電容器的最大紋波電流值與其體積,材質(zhì)有關(guān).