【经验】开关电源的原理图及各个元器件的应力计算

时间： 2021-08-31 来源：爱浦电子

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一、开关电源原理简图

下图是开关电源的原理简图，以反激为例：

图1. 开关电源的原理简图

设定一下主要参数如下：

• 输入电压：Vin=AC176-264V

• 输出电压：Vout=12V

• Vcc电压：Vcc=15V

• 变压器匝比：N

下面对上述图片中的各个元器件进行应力计算

1、整流桥BR1

图2. 整流桥BR1

整流桥如上图体内由4个二极管构成：d1，d2，d3，d4

应最恶劣的情况下是在输入电压最高的时候，即，Vin=264Vac

所以C1上两端的电压373V。

输入电压波形如下图

图3. 输入电压波形

当输入电压处于正半周时，BR1体内二极管d1和d4导通不承受高电压，d2和d3截止承受的高电压，d2电压应力为b点电位减去c点电位，d3电压应力为a点电位减去d点电位。

正半周a、b、c、d点的电位相对于大电容地分别为：373V、373V、0V、0V

d2应力=b-c=373V-0V=373V

d3应力=a-d=373V-0V=373V

输入电压进入负半周时同理可得d1和d4的应力为373V。

即整流桥BR1的工作应力为373V

由于开关电源需要做雷击浪涌试验，所以一般整流桥都选择1000V的整流桥。

2、输入大电容C1

图3.

C1上的电压应力为输入最高电压264V交流电压整流后的电压。

所以C1的工作电压应力为：264×1.414=373V

所以输入电解电容C1一般选择耐压值为400V的电容。

3.开关MOS管Q1

图4.

当开关MOS管Q1开通时，Q1不承受大电压。

当开关MOS管Q1关断时，Q1承受大电压应力。

MOS管电压应力为：最高输入电压+反射电压+漏感产生的尖峰电压。

反射电压一般为：60-120V

最高输入电压：373V

漏感尖峰电压一般为：100左右

所以反激开关电压开关管Q1的工作电压应力为：373+120+100=593V左右

留一定的余量一般选650V左右的MOS管

4.钳位电路D1、R1、C2

图5.

当Q1关断时，钳位二极管D1导通，向C2充电，C2两端的充电电压为Np两端的电压为：反射电压+尖峰电压

假设反射电压为：120V

尖峰电压为：100V

则C2两端的电压为220V，上负下正。

C2下方的电位为：373+220=593V

C2下方宇D1负极相连，相当于D1负极的电位也为593V左右，并且C2电容上电压不能突变，所以D1负极电位相对文档在593V左右。

当Q1导通时，D1正极的电位此时为0V。所以D1的应力为负极电位减去正极电位为：593V

C2上方的电位为373V的恒定值，所以C2的电压应力为：593-373=220V左右

R1和C2为并联，所以R1电压应力为220V左右

5、Vcc整流二极管D2

图6.

Vcc电压为15V，反射电压若为120V时，原边主绕组与Vcc绕组的匝比为120÷15=8.

当Q1关断时，D2是导通的，此时D2不承受大电压就一个二极管压降。

当Q1导通时，D2正极的电位为为负，数值为-（373÷8）=-46.625V。此时D2承受的电压应力为15-46.625=61.625，所以Vcc整流二极管D2的应力大概为：62V左右，留些余量一般D2选耐压值为100V左右的二极管。

6、输出整流二极管及电容D3、C3

图7.

输出电压为12V，反射电压若为120V时，原边主绕组与输出绕组的匝比为120÷12=10.

当Q1关断时，D3是导通的，此时D3不承受大电压就一个二极管压降。

当Q1导通时，D3正极的电位为为负，数值为-（373÷10）=-37.3V。此时D2承受的电压应力为15-37.3=52.3，所以Vcc整流二极管D3的应力大概为：52V左右。留些余量一般D3选耐压值为60V左右的二极管。

C3上的电压为恒定的12V。

C3的电压应力为12V，一般选16V左右的电压。

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