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输入整流滤波器及钳位保护电路的设计毕业论文.doc输入整流滤波器及钳位保护电路的设计毕业论文.doc -- 8 元

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www.yanziedu.com输入整流滤波器及钳位保护电路的设计1输入整流桥的选择1整流桥的导通时间与选通特性50Hz交流电压经过全波整流后变成脉动直流电压u1,再通过输入滤波电容得到直流高压U1。在理想情况下,整流桥的导通角本应为180°导通范围是从0°~180°,但由于滤波电容器C的作用,仅在接近交流峰值电压处的很短时间内,才有输入电流流经过整流桥对C充电。50Hz交流电的半周期为10ms,整流桥的导通时间tC≈3ms,其导通角仅为54°导通范围是36°~90°。因此,整流桥实际通过的是窄脉冲电流。桥式整流滤波电路的原理如图1a所示,整流滤波电压及整流电流的波形分别如图lb和c所示。最后总结几点1整流桥的上述特性可等效成对应于输入电压频率的占空比大约为30%。2整流二极管的一次导通过程,可视为一个选通脉冲,其脉冲重复频率就等于交流电网的频率50Hz。3为降低开关电源中500kHz以下的传导噪声,有时用两只普通硅整流管例如1N4007与两只快恢复二极管如FR106组成整流桥,FRl06的反向恢复时间trr≈250ns。2整流桥的参数选择www.yanziedu.com隔离式开关电源一般采用由整流管构成的整流桥,亦可直接选用成品整流桥,完成桥式整流。全波桥式整流器简称硅整流桥,它是将四只硅整流管接成桥路形式,再用塑料封装而成的半导体器件。它具有体积小、使用方便、各整流管的参数一致性好等优点,可广泛用于开关电源的整流电路。硅整流桥有4个引出端,其中交流输入端、直流输出端各两个。硅整流桥的最大整流电流平均值分0.5~40A等多种规格,最高反向工作电压有50~1000V等多种规格。小功率硅整流桥可直接焊在印刷板上,大、中功率硅整流桥则要用螺钉固定,并且需安装合适的散热器。整流桥的主要参数有反向峰值电压URMV,正向压降UFV,平均整流电流IdA,正向峰值浪涌电流IFSMA,最大反向漏电流IRμA。整流桥的反向击穿电压URR应满足下式要求举例说明,当交流输入电压范围是85~132V时,umax132V,由式1计算出UBR233.3V,可选耐压400V的成品整流桥。对于宽范围输入交流电压,umax265V,同理求得UBR468.4V,应选耐压600V的成品整流桥。需要指出,假如用4只硅整流管来构成整流桥,整流管的耐压值还应进一步提高。辟如可选1N40071A/1000V、1N54083A/1000V型塑封整流管。这是因为此类管子的价格低廉,且按照耐压值宁高勿低的原则,能提高整流桥的安全性与可靠性。设输入有效值电流为IRMS,整流桥额定的有效值电流为IBR,应当使IBR≥2IRMS。计算IRMS的公式如下式中,PO为开关电源的输出功率,η为电源效率,umin为交流输入电压的最小值,cosφ为开关电源的功率因数,允许cosφ0.5~0.7。由于整流桥实际通过的不是正弦波电流,而是窄脉冲电流参见图1,因此整流桥的平均整流电流IdIRMS,一般可按Id0.6~0.7IRMS来计算IAVG值。例如,设计一个7.5V/2A15W开关电源,交流输入电压范围是85~265V,要求η80%。将Po15W、η80%、umin85V、cosψ0.7一并代入2式得到,IRMS0.32A,进而求出Id0.65IRMS0.21A。实际选用lA/600V的整流桥,以留出一定余量。2输入滤波电容器的选择www.yanziedu.com1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u85~265V时,应取k2~3μF/W当交流电压u230V1±15%时,应取k1μF/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uumin情况下的输入电压波形如图2所示。该图是在PoPOM,f50Hz、整流桥的导通时间tC3ms、η80%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,umin85V。取UImin90V,f50Hz,tC3ms,假定Po30W,η80%,一并带入3式中求出CI84.2μF,比例系数CI/PO84.2μF/30W2.8μF/W,这恰好在2~3μF/W允许的范围之内。www.yanziedu.com3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UBRDS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TOPSwitchXX系列单片开关电源,其功率开关管的漏一源击穿电压UBRDS≥700V,现取下限值700V。感应电压UOR135V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此外,还须考虑与钳位二极管相串联的阻塞二极管VD的影响。VD一般采用快恢复或超快恢复二极管,其特征是反向恢复时间trr很短。但是VDl在从反向截止到正向导通过程中还存在着正向恢复时间tfr,还需留出20V的电压余量。考虑上述因素之后,计算TOPSwitch一最大漏一源极电压的经验公式应为TOPSwitchXX系列单片开关电源在230V交流固定输入时,MOSFET的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u230V±35V,即umax265V,UImaxumax≈375V,UOR135V,UB1.5UOR≈200V,UBM1.4UB280V,UDmax675V,最后再留出25V的电压余量,因此UBRDS700V。实际上UBRDS也具有正向温度系数,当环境温度升高时UBRDS也会升高,上述设计就为芯片耐压值提供了额外的裕量。
编号:201311201056506197    大小:173.50KB    格式:DOC    上传时间:2013-11-20
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liyun上传于2013-11-20

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