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開關電源“元器件”電壓應力計算分析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2021-08-09 

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開關電源“元器件”電壓應力計算分析-KIA MOS管


開關電源原理簡圖

下圖是開關電源的原理簡圖,以反激為例。


開關電源 元器件 電壓應力


設定一下主要參數如下:

輸入電壓:Vin=AC176-264V

輸出電壓:Vout=12V

Vcc電壓:Vcc=15V

變壓器匝比:N


下面對上述圖片中的各個元器件進行應力計算。

1、整流橋BR1


開關電源 元器件 電壓應力


整流橋如上圖體內由4個二極管構成:d1,d2,d3,d4


應最惡劣的情況下是在輸入電壓最高的時候,即,Vin=264Vac


所以C1上兩端的電壓373V。


輸入電壓波形如下圖


開關電源 元器件 電壓應力


當輸入電壓處于正半周時,BR1體內二極管d1和d4導通不承受高電壓,d2和d3截止承受的高電壓,d2電壓應力為b點電位減去c點電位,d3電壓應力為a點電位減去d點電位。


正半周a、b、c、d點的電位相對于大電容地分別為:373V、373V、0V、0V


d2應力=b-c=373V-0V=373V

d3應力=a-d=373V-0V=373V


輸入電壓進入負半周時同理可得d1和d4的應力為373V。

即整流橋BR1的工作應力為373V


由于開關電源需要做雷擊浪涌試驗,所以一般整流橋都選擇1000V的整流橋。


2、輸入大電容C1


開關電源 元器件 電壓應力


C1上的電壓應力為輸入最高電壓264V交流電壓整流后的電壓。


所以C1的工作電壓應力為:

264×1.414=373V


所以輸入電解電容C1一般選擇耐壓值為400V的電容。


3.開關mos管Q1


開關電源 元器件 電壓應力


當開關MOS管Q1開通時,Q1不承受大電壓。

當開關MOS管Q1管關時,Q1承受大電壓應力。


MOS管電壓應力為:最高輸入電壓+反射電壓+漏感產生的尖峰電壓。


反射電壓一般為:60-120V

最高輸入電壓:373V

漏感尖峰電壓一般為:100左右


所以反激開關電壓開關管Q1的工作電壓應力為:373+120+100=593V左右


留一定的余量一般選650V左右的MOS管


4.鉗位電路D1、R1、C2


開關電源 元器件 電壓應力


當Q1關斷時,鉗位二極管D1導通,向C2充電,C2兩端的充電電壓為Np兩端的電壓為:


反射電壓+尖峰電壓

假設反射電壓為:120V

尖峰電壓為:100V

則C2兩端的電壓為220V,上負下正。


C2下方的電位為:373+220=593V

C2下方宇D1負極相連,相當于D1負極的電位也為593V左右,并且C2電容上電壓不能突變,所以D1負極電位相對文檔在593V左右。


當Q1導通時,D1正極的電位此時為0V。

所以D1的應力為負極電位減去正極電位為:593V


C2上方的電位為373V的恒定值

所以C2的電壓應力為:593-373=220V左右

R1和C2為并聯,所以R1電壓應力為220V左右


5、Vcc整流二極管D2


開關電源 元器件 電壓應力


Vcc電壓為15V,反射電壓若為120V時,原邊主繞組與Vcc繞組的匝比為120÷15=8.


當Q1關斷時,D2是導通的,此時D2不承受大電壓就一個二極管壓降。


當Q1導通時,D2正極的電位為為負,數值為-(373÷8)=-46.625V。此時D2承受的電壓應力為15-46.625=61.625


所以Vcc整流二極管D2的應力大概為:62V左右。


留些余量一般D2選耐壓值為100V左右的二極管。


6、輸出整流二極管及電容D3、C3


開關電源 元器件 電壓應力


輸出電壓為12V,反射電壓若為120V時,原邊主繞組與輸出繞組的匝比為120÷12=10.


當Q1關斷時,D3是導通的,此時D3不承受大電壓就一個二極管壓降。


當Q1導通時,D3正極的電位為為負,數值為-(373÷10)=-37.3V。此時D2承受的電壓應力為15-37.3=52.3


所以Vcc整流二極管D3的應力大概為:52V左右。

留些余量一般D3選耐壓值為60V左右的二極管。


C3上的電壓為恒定的12V。

C3的電壓應力為12V,一般選16V左右的電壓。



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