1、2.1 輸入回路設計輸入回路設計 一一 輸入濾波電路的設計輸入濾波電路的設計 * AC/DC變換器中一般采用電容輸入型的整流電路 * 電容的作用進行平滑濾波，減少直流電壓中的交流成分。 * 電容一般都是電解電容 * 電容量的大小由輸出保持時間和直流輸出電壓要求的紋波大小決定 * 電容中的紋波電流大小對電源壽命有很大影響 * 電容中的紋波電流大小要求在電容允許值范圍內 RLCCIDCUd 1 電容量大小的影響電容量大小的影響（2）電容量太大（1）電容量太小 * 濾波后的直流電壓的脈動就會比較大，為了得到所要求的輸出電壓，需要過大的占空比調節范圍和過高的閉環增益。 * 濾波后的直流電壓最小值也比較

2、小，要求高頻變壓器原副邊匝比變小，并使開關管中的電流增加，輸出整流二極管的反向電壓增加。 * 充電電流脈沖寬度變窄，幅值增大，導致輸入功率因數降低、EMI增加。 * 過高的輸入電流（有效值），使得輸入整流二極管和濾波電容損耗增加。 2 電容量的選擇方法電容量的選擇方法 （1）根據經驗 Idc 輸入回路平均電流dcIC）600400(P 后級電路的輸入功率Ud 電容上的平均電壓 （2）估算LRTC）53(PURdL2fT1 * 單相全橋或全波整流電路ZH100f * 三相全橋整流電路ZH300fA. 明確線電壓有效值 （3）經驗計算maxminLLUUB. 明確線電壓峰值maxmin22LLUU

3、C. 整流濾波后，直流電壓的最大脈動值：單相輸入%)25%20(2minUULpp三相輸入%)10%7(2minUULppD. 整流濾波后的直流電壓：maxmin2)2(LppLUUU 為保證直流電壓最小值符合要求，每個周期電容所提供的能量為：式中A單相輸入時取1，三相輸入時取3。minAfPWininoutinPP 又因為，每半個周期輸入濾波電容所提供的能量為： 2min2min)2()2(2121ppLLinUUUCW可推出： 2min2min)2()2(ppLLinUUUWC 以上公式中電容的單位為法拉、電壓的單位為伏特、能量W的單位為焦耳、功率的單位為瓦特。 （4）需要注意的問題 *

4、如電容量大，可采用多個并聯； * 如要求電容耐壓較高，可采用多個串聯； * 電容存在串聯等效電阻ESR和串聯等效電感ESL，由于要吸收變換器回饋的高頻脈沖電流，電容上的直流電壓會產生高頻尖峰電壓； * 為了抑制產生的高頻尖峰電壓，可在電解電容兩端并聯無極性小容量高頻電容； * 如最后選定電容量C，則整流濾波后的最小直流電壓為：CWUUinLin2minmin)2(3 紋波電壓紋波電壓CtIUdccr4 改進方法改進方法 * 改為LC濾波電路，通過L的儲能，減輕電容的負擔，同時可改善網側功率因數。t 整流電路非導電時間，如50赫茲交流全波整流約為7ms。 * 單純的電容濾波電路，濾波電容充放電電

5、流大、壽命短、可靠性差、網側功率因數低；二二 啟動沖擊電流抑制電路設計啟動沖擊電流抑制電路設計 1. 原因 * 一般都采用電容輸入型濾波電路，交流輸入接通瞬間，要對電容充電，而此時電容兩端電壓為零，將產生很大的瞬間充電電流。RLCCIDCUd * 該電流的大小與合閘瞬間交流電壓的相位及輸入濾波回路的內阻有關。 * 當在正弦峰值時合閘，產生的瞬間充電電流最大，濾波電容的容量決定了該電流持續時間的長短。 * 當多臺電源并聯時，更為嚴重，會對電網產生很大沖擊，使其他設備無法正常工作，甚至跳閘。 保護輸入回路中的斷路器、熔斷器、整流橋 減小對其他設備的影響 提高電源自身的壽命和可靠性 * 必須采取措施

6、，限制合閘瞬間的電流沖擊，以達到下列目的： * 在交流電壓最大值時，沖擊電流最大不超過交流輸入電流的5倍。 (1)限流電阻的計算ScRrtUIsinmaxr 輸入回路的等效電阻* 在濾波電容充電回路中短時間串聯限流電阻2. 抑制方法和原則RLCCIDCUdRSIC (2) 限制時間的確定 * 單相 （35）RC * 三相 （23）RC 是輸入電容充電結束的必要時間 (1) 串聯普通電阻3. 典型電路 * 用時間繼電器，上電后通過限流電阻給濾波電容充電，設定時間到后，繼電器常開觸點閉合，限流電阻被短路。RLCCUdRSIC * 用繼電器，上電后通過限流電阻給濾波電容充電，同時檢測濾波電容兩端電壓

7、，并以此決定繼電器常開觸點閉合時刻。 特點 產生的直流壓降低，功耗小，機械觸點。(2) 串聯功率熱敏電阻(3) 注意 * 電阻應選耐功率沖擊性能較強的，如水泥電阻； * 功率熱敏電阻冷態時，阻值大，符合抑制要求； * 功率熱敏電阻熱穩態時，阻值小，功耗低；特點 不需要其他輔助電路。 * 用多支并聯，耐功率沖擊性能會有明顯提高。 * 也可用單向可控硅代替繼電器 特點 功耗小，無機械觸點，但有1V左右的壓降，會產生一定的功耗。 (1) 防止電源輸入側串入噪聲，保護開關電源。 (2) 抑制開關電源產生的噪聲反饋到輸入電源（電網）中，危害其他設備。三三 輸入輸入EMI濾波器濾波器 1. 作用2. 傳導

8、噪聲傳導噪聲由差模噪聲和共模噪聲構成 (1)差模噪聲相線與中線間存在的干擾信號 (2)共模噪聲相線與地和中線與地間存在的EMI信號 特征 二者大小相等、相位相反，如電網電壓的瞬時波動。特征 二者大小相等，相位相同，如雷電等。 (1) 基本結構3. 基本結構 * 一般，由若干支電容和電感構成。 * L1、L2兩只線圈內電流產生的磁通相互抵消，不使磁環達到磁飽和狀態，從而使電感值保持不變，對相線或中線對地所形成的共模干擾具有抑制作用； * L1、L2共模電感線圈/共模扼流圈，繞在同一磁芯上，匝數相同，繞向相反。L1LNCXL2CY1CY2EL1CY1LE * 即L1與CY1、L2與CY2分別構成低

9、通濾波器，可抑制電源線上存在的共模噪聲。 (2) Cx CY * Cx 分為X1和X2兩類，X1等級的電容用于峰值電壓大于1200V的場合， X2等級的電容用于峰值電壓不大于1200V的場合。LLNCXYC21* L1、L2的漏感和旁路電容能抑制串模干擾。* 也可加入差摸電感。L1LNCXL2CY1CY2ELdLd * Cx 電容指用于如下場合的電容：當電容失效后，不會導致工作人員遭受電擊，不危及人身安全。 (3) 共模電感和差模電感 * CY 電容的耐壓性能對保護工作人員的人身安全具有重要意義。 * CY 電容的電容量，GJB151規定應不大于0.1微法。 * 對共模電感的要求，既能在較高的

10、頻率下工作，又有較大的磁導率，這樣可以用較少的繞組匝數獲得較大電感量，同時也可以減少共模電感的分布電容。 * 共模電感繞組匝數的減少，可以降低共模電感的損耗和溫升。 * 共模電感的磁芯，一般選用鎳-鋅鐵氧體、坡莫合金或微晶合金。 * 共模電感由環型磁芯繞制時，單匝線圈的電感量為： * CY 電容的容量要受到限制，以便在額定頻率和額定電壓的作用下，控制流過其漏電流的大小。(4) 參數范圍 * L1、L2為共模電感，電感量約為幾mH， L1、L2之差應控制在2%以內。 * LD為差模電感，電感量在幾mH幾百mH，一般可選幾十mH。 * CX一般為陶瓷電容或薄膜電容，電容量在0.0470 . 22F

11、。lAnLer20* CY1和CY2約為幾nF。r ：相對磁導率n ：線圈匝數Ae ：磁環截面積lc ：磁環的平均磁路長度 * 差模電感的磁芯，可選用鐵氧體磁棒或鐵粉心磁環，由于鐵氧體磁棒磁路開路，故不會飽和；鐵粉心磁環具有磁導率低不易飽和的特點。(5) 參數計算 * 可根據漏電流小于5毫安的要求來確定CY ，有如下關系：iYiUfCI2Ii：漏電流Ui：供電電壓f：電源頻率 * 如設轉折頻率為fR，則可確定共模電感，有如下關系：YRCLf21 * CY最大值，一般不超過4700pF。* 也可先選定電容CX后，確定差模電感，有如下關系：XDRCLf21 * 轉折頻率fR 的確定，可參考楊玉崗編

12、寫的現代電力電子技術的磁技術一書。(1) 安裝位置4 EMI濾波器的安裝 * 濾波器應安裝在機柜底部離設備電源入口盡量近的部位； * 不要讓未經過濾波器的電源線在機柜內迂回； * 如果交流電源進入機柜內到電源濾波器有較長的距離，則這段線應加以屏蔽。 (2) 接地 * 濾波器的外殼必須用截面積大的導線以最短的距離與機殼連為一體； * 要盡量使濾波器的接地點與機殼接地點保持最短的距離； (3) 其他 * 輸入輸出線應靠近機柜低部布線，以減少耦合；將輸入輸出線嚴格分開，不要將他們捆在一起。2.2 整流電路整流電路 一一 倍壓整流電路及應用倍壓整流電路及應用 指導思想 利用二極管的整流和引導作用，將電

13、壓分別存在每一個電容上，然后把它們按同極性相加的原則串聯起來。1 二倍壓整流電路 (1) 電路 (2) 分析RLC1C2D1D2ui * ui上端為正、下端為負時，D1導通、C1充電； * ui上端為負、下端為正時，D2導通、C2充電； * 并且UC1= UC1= UC，這樣U0= 2UC 。(3) 應用：110V、220V通用輸入整流濾波電路RLC1C2D1D4D2D3ADC * 110V輸入在A、D端輸入交流，A、C并聯；D1、 D3并聯， D2、 D4并聯；相當于倍壓整流電路。 * 220V輸入在A、C端輸入交流，D端懸空；D1、 D3、 D2、 D4并構成全橋整流電路；iD 負載電流平

14、均值n 倍壓整流的段數f 交流電的頻率2 多倍壓整流電路 (1) 電路 (2) 輸出電壓)124332(22232nnnCfinUUDL 適用于高電壓、電流不大的使用場合，例如電警棍等。RLC1C3C2C4D1D2D3D4U2DuDu2Du2Du2二二 倍流整流電路倍流整流電路 1 電路RLC1D1D2UTL1L2Ti1Li2LiLi(b) 適用于輸出電壓比較低、輸出電流比較大，效率要求較高的使用場合。 * 電路（a）適合應用共陽極二極管 * 電路（b）適合應用共陰極二極管(a)RLC1D1D2UTL1L2Ti1Li2Li21LLii2 原理Tu1Li2Li21LLii1Lu2Lutttttt

15、0t1t2t3t4t * 當電感電流連續時，倍流整流電路在1個周期內經歷4個不同的開關狀態。 * 其中，開關狀態2與開關狀態4是相同的。 * uT為變壓器副邊電壓，當其上端為+、下端為-時，uT為正。* 開關狀態1（t0 t1） * 以電路（a）為例分析二極管D1導通、 D2截止，電感L1的電流經二極管D1續流，iL1線性下降、 。 電感L2的電流通過二極管D1流過變壓器副邊繞組，iL2線性增長。RLC1D1D2UTL1L2Ti1Li2Li21LLii * 開關狀態2（t1 t2）二極管D1、 D2均導通，電感L1 、L2 均為續流狀態。 電感電流iL1 、iL2分別通過二極管D1、 D2續流

16、， iL1 、iL2線性下降。Tu1Li2Li21LLii1Lu2Lutttttt0t1t2t3t4tRLC1D1D2UTL1L2Ti1Li2Li21LLiiRLC1D1D2UTL1L2Ti1Li2Li21LLii * 開關狀態3（t2 t3）二極管D2導通、 D1截止，電感L2的電流經二極管D2續流，iL2線性下降、 。 電感L1的電流通過二極管D2流過變壓器副邊繞組，iL1線性增長。 * 開關狀態4（t3 t4）RLC1D1D2UTL1L2Ti1Li2Li21LLii 與開關狀態2相同，二極管D1、 D2均導通，電感L1 、L2 均為續流狀態。2 電壓比關系 設變壓器副邊電壓有效值為UT、

17、輸出電壓為U0，根據電感兩端電壓一個開關周期平均值為零的原理有：offonTtUtUU00)(又由于：SoffonTtt2/SonTtD 可得：SoffononTTUttUtU00)(即：20DUUT * 當輸入電壓、輸出電壓、占空比和一次電路結構都相同的情況下，采用倍流整流電路時，變壓器變比應該比采用全橋型整流電路時小1/2。 * 只有這樣，采用倍流整流電路中變壓器副邊電壓是全橋型整流電路中變壓器副邊電壓的2倍，才能在占空比相同的條件下，得到相同的輸出電壓。三三 同步整流電路同步整流電路 1 同步整流技術 采用低導通電阻的低壓功率MOSFET代替開關電源中的快恢復二極管，起整流管的作用（稱為

18、同步整流管、簡稱SR），從而達到降低整流損耗，提高效率的目的。（2）需要兩支濾波電感，結構略顯復雜；（1）變壓器副邊不用中心抽頭，制造工藝簡單； （3）副邊匝數與全波整流電路相等，比全橋匝數多一倍，但繞組中的電流只是輸出電流的一半。3 電路特點 （4）每支二極管承受的斷態電壓是相同條件下全橋型整流電路中的2倍。 * 開關電源中的損耗，主要包括功率開關管的損耗、變壓器的損耗及輸出高頻整流二極管的損耗。 * 低電壓大電流電源中，輸出整流二極管的損耗尤為突出。2 意義221.81283.35SBD作整流二極管 UDF=0.4（V）U0（V）PF/P0（%）6.661.55.5531.83.3MOS管

19、作整流二極管UDF=0.1（V）U0（V）PF/P0（%）3.同步整流基本原理（1）功率MOSFET的雙向導電特性 * 同步整流技術正是利用了MOSFET的這種雙向導電特性，達到提高整流效率的目的。 * 作為SR管使用的MOSFET，電路拓撲結構要求具有反向阻斷功能，即電流是從源極(S)流向漏極(D) 。 * 功率MOSFET實際上是一個雙向導電器件，完整的伏安特性包括第一象限和第三象限，是基于原點對稱的。 * 第一象限表示功率MOSFET的正向導電特性，第三象限表示功率MOSFET的反向導電特性。（2）典型同步整流電路工作原理 * 變壓器副邊同名端為正時，SR關斷；反之，SR導通。（3）同步

20、整流提法的由來 作為整流管使用的功率MOSFET的柵極驅動信號與DS極間開關動作同步 。RGRLDS * 變壓器副邊的功率MOSFET作為整流管使用，簡稱SR管。（4）同步整流管的驅動方式*自驅動(Self-driven) 在變換器中取合適點的電壓來驅動作為整流管的功率MOSFET 。 優點：自驅動方式結構簡單、經濟、高效、可靠，普遍用于5V以下的低壓小功率輸出場合。 一般包括變壓器副邊繞組的輸出電壓和輸出濾波電感的電壓。LCRVM1VM2 缺點：變壓器的繞制較為復雜，驅動電壓與輸入、輸出電壓成比例。 當同名端為正時,VM1自驅動方式結構簡單、經濟、高效、可靠。* 外加驅動(Externally-driven) 通過外加邏輯控制驅動電路，產生隨變壓器副邊繞組電壓時序作相應變化的驅動信號，驅動SR管。