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佔空比大約為30％。
（2）整流二極體的一次導通過程，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） 與兩隻快恢復二極體（如FR106）組成整流橋，FRl06的反向恢復時間trr≈250ns。
2）整流橋的參數選擇
隔離式開關電源一般採用由整流管構成的整流橋，亦可直接選用成品整流橋，完成橋式整流。全波橋式整流器簡稱矽整流橋，它是將四隻矽整流管接成橋路形式，再用塑料封裝而成的半導體器件。它具有體積小、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。闢如可選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=0．7一併代入（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。
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。下面介紹計算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％，一併帶入（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
下面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系列單片開關電源，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）。本來鉗位二極體的鉗位電壓UB只需取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。實際上鉗位二極體（即瞬態電壓抑制器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％。為防止鉗位二極體對一次側感應電壓UOR也起到鉗位作用，所選用的TVS鉗位電壓應按下式計算：
電源濾波器相關文章:電源濾波器原理
電流傳感器相關文章:電流傳感器原理 電容傳感器相關文章:電容傳感器原理 數字濾波器相關文章:數字濾波器原理 雷射器相關文章:雷射器原理 雷射二極體相關文章:雷射二極體原理 熱保護器相關文章:熱保護器原理