電源輸入整流橋和濾波電容的計(jì)算與選取
1)整流橋的導(dǎo)通時(shí)間與選通特性
50Hz交流電壓經(jīng)過全波整流后變成脈動(dòng)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(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tC≈3ms,其導(dǎo)通角僅為54°(導(dǎo)通范圍是36°~90°)。因此,整流橋?qū)嶋H通過的是窄脈沖電流。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。
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1N4007)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trr≈250ns。
2)整流橋的參數(shù)選擇
隔離式開關(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0.5~40A等多種規(guī)格,最高反向工作電壓有50~1000V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(μA)。整流橋的反向擊穿電壓URR應(yīng)滿足下式要求:
舉例說明,當(dāng)交流輸入電壓范圍是85~132V時(shí),umax=132V,由式(1)計(jì)算出UBR=233.3V,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=468.4V,應(yīng)選耐壓600V的成品整流橋。需要指出,假如用4只硅整流管來構(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(1A/1000V)、1N5408(3A/1000V)型塑封整流管。這是因?yàn)榇祟惞茏拥膬r(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IBR≥2IRMS。計(jì)算IRMS的公式如下:
式中,PO為開關(guān)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(guān)電源的功率因數(shù),允許cosφ=0.5~0.7。由于整流橋?qū)嶋H通過的不是正弦波電流,而是窄脈沖電流(參見圖1),因此整流橋的平均整流電流Id
例如,設(shè)計(jì)一個(gè)7.5V/2A(15W)開關(guān)電源,交流輸入電壓范圍是85~265V,要求η=80%。將Po=15W、η=80%、umin=85V、cosψ=0.7一并代入(2)式得到,IRMS=0.32A,進(jìn)而求出Id=0.65×IRMS=0.21A。實(shí)際選用1A/600V的整流橋,以留出一定余量。