开关电源滤波电容器-电源输入整流桥和滤波电容的计算与选取

滤波电容器在开关电源中起着非常重要的作用，如何正确选择滤波电容，尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。
    (1)应根据电路要求选择电容器的类型。对于要求不高的低频电路和直流电路，一般可选用纸介电容器，也可选用低频瓷介电容器。在高频电路中，当电气性能要求较高时，可选用云母电容器、高频瓷介电容器或穿心瓷介电容器。在要求较高的中频及低频电路中，可选用塑料薄膜电容器。在电源滤波、去耦电路中，一般可选用铝电解电容器。对于要求可靠性高、稳定性高的电路中，应选用云母电容器、漆膜电容器或钽电解电容器。对于高压电路，应选用高压瓷介电容器或其他类型的高压电容器。对于调谐电路，应选用可变电容器及微调电容器。
    (2)合理确定电容器的电容量及允许偏差。在低频的耦合及去耦电路中，一般对电容器的电容量要求不太严格，只要按计算值选取稍大一些的电容量便可以了。在定时电路、振荡回路及音调控制等电路中，对电容器的电容量要求较为严格，因此选取电容量的标称值应尽量与计算的电容值相一致或尽量接近，应尽量选精度高的电容器。在一些特殊的电路中，往往对电容器的电容量要求非常精确，此时应选用允许偏差在±0.1%～±0.5%范围内的高精度电容器。
    有个参考公式的，RC=(3-5)*(T/2)的，其中R是等效负载，T是周期=1/f=0.02s(f按照市电50Hz算)，如果前面那个系数取中间值4，那边这个滤波电容的容量就应该是:RC=2T=2*0.02=0.04,所以C=0.04/R(R是等效负载电阻)，假设R=10ohm，那么这个电容的容量就是4000uF,实际就取4700uF了!
    (3)选用电容器的工作电压应符合电路要求。一般情况下，选用电容器的额定电压应是实际工作电压的1.2～1.3 倍。对于工作环境温度较高或稳定性较差的电路，选用电容器的额定电压应考虑降额使用，留有更大的余量才好。若电容器所在电路中的工作电压高于电容器的额定电压，往往电容器极易发生击穿现象，使整个电路无法正常工作。电容器的额定电压一般是指直流电压，若要用于交流电路，应根据电容器的特性及规格选用;若要用于脉动电路，则应按交、直流分量总和不得超过电容器的额定电压来选用。
    (4)优先选用绝缘电阻大、介质损耗小、漏电流小的电容器。
    (5)应根据电容器工作环境选择电容器。电容器的性能参数与使用环境的条件密切相关，因此在选用电容器时应注意：
    ①在高温条件下使用的电容器应选用工作温度高的电容器;
    ②在潮湿环境中工作的电路，应选用抗湿性好的密封电容器;
    ③在低温条件下使用的电容器，应选用耐寒的电容器，这对电解电容器来说尤为重要，因为普通的电解电容器在低温条件下会使电解液结冰而失效。
    (6)选用电容器时应考虑安装现场的要求。电容器的外形有很多种，选用时应根据实际情况来选择电容器的形状及引脚尺寸。例如，作为高频旁路用的电容器最好选用穿心式电容器，这样不但便于安装，又可兼作接线柱使用。

电源输入整流桥和滤波电容的计算与选取方法

　　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1(a)所示，整流滤波电压及整流电流的波形分别如图l(b)和(c)所示。

　　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
　　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URM(V)，正向压降UF(V)，平均整流电流Id(A)，正向峰值浪涌电流IFSM(A)，最大反向漏电流IR(μA)。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，umax=132V，由式(1)计算出UBR=233．3V，可选耐压400V的成品整流桥。对于宽范围输入交流电压，umax=265V，同理求得UBR=468．4V，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1N4007(1A／1000V)、1N5408(3A／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cosφ=0．5～0．7。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Id<IRMS，一般可按ID=(0．6～0．7)IRMS来计算IAVG值。
　　例如，设计一个7．5V／2A(15W)开关电源，交流输入电压范围是85～265V，要求η=80％。将Po=15W、η=80％、umin=85V、cosψ=0．7一并代入(2)式得到，IRMS=0．32A，进而求出Id=0．65×IRMS=0．21A。实际选用1A／600V的整流桥，以留出一定余量。 (责任编辑：admin)

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