開(kāi)關(guān)電源的各個(gè)元器件怎么計(jì)算？損耗怎么估算？散熱器的大小怎么計(jì)算？讓小編為你一步一步解密！

1 ? 保險(xiǎn)絲

第一個(gè)安規(guī)元件—保險(xiǎn)管

1、作用：
? ?安全防護(hù)。在電源出現(xiàn)異常時(shí)，為了保護(hù)核心器件不受到損壞。
2、技術(shù)參數(shù)：
? ?額定電壓V、額定電流I、熔斷時(shí)間I^2RT。
3、分類：
? ?快斷、慢斷、常規(guī)

1、0.6為不帶功率因數(shù)校正的功率因數(shù)估值
2、Po輸出功率
3、η ?效率（設(shè)計(jì)的評(píng)估值）
4、Vinmin 最小的輸入電壓
5、2為經(jīng)驗(yàn)值，在實(shí)際應(yīng)用中，保險(xiǎn)管的取值范圍是理論值的1.5~3倍。
6、0.98 PF值

2 ? 熱敏電阻

NTC的作用

NTC是以氧化錳等為主要原料制造的精細(xì)半導(dǎo)體電子陶瓷元件。電阻值隨溫度的變化呈現(xiàn)非線性變化，電阻值隨溫度升高而降低。利用這一特性，在電路的輸入端串聯(lián)一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻增加線路的阻抗，這樣就可以有效的抑制開(kāi)機(jī)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓形成的浪涌電流。當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，由于線路中持續(xù)工作電流引起的NTC發(fā)熱，使得電阻器的電阻值變得很小，對(duì)線路造成的影響可以完全忽略。

NTC的選擇公式

對(duì)上面的公式解釋如下：

1. Rt 是熱敏電阻在T1溫度下的阻值；
? ?

2. Rn是熱敏電阻在Tn常溫下的標(biāo)稱阻值；
? ?

3. B是材質(zhì)參數(shù)；(常用范圍2000K~6000K)
? ?

4. exp是以自然數(shù) e 為底的指數(shù)（ e =2.{{71828:0}} ）；

5. 這里T1和Tn指的是K度即開(kāi)爾文溫度，K度=273.15(絕對(duì)溫度)+攝氏度。

3 ? 壓敏電阻

壓敏電阻的作用

1、壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個(gè)相對(duì)固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。 2、主要作用：過(guò)電壓保護(hù)、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護(hù)半導(dǎo)體元器件等。 3、主要參數(shù)有：壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時(shí)間等。 4、壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間為ns級(jí)，比空氣放電管快，比TVS管（瞬間抑制二極管）稍慢一些，一般情況下用于電子電路的過(guò)電壓保護(hù)其響應(yīng)速度可以滿足要求。

選取壓敏電阻的方法

壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量，但不能承受毫安級(jí)以上的持續(xù)電流，在用作過(guò)壓保護(hù)時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。壓敏電阻的選用，一般選擇標(biāo)稱壓敏電壓V1mA和通流容量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。

1、a ?為電路電壓波動(dòng)系數(shù)，一般取值1.2. 2、Vrms 為交流輸入電壓有效值。 3、b ?為壓敏電阻誤差，一般取值0.85. 4、C ?為元件的老化系數(shù)，一般取值0.9. 5、√2 為交流狀態(tài)下要考慮峰峰值。 6、V1mA 為壓敏電阻電壓實(shí)際取值近似值 7、通流容量，即最大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25℃情況下，對(duì)于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言，壓敏電壓的變化不超過(guò)± 10％時(shí)的最大脈沖電流值。

選取壓敏電阻的方法

結(jié)合前面所述，來(lái)看一下本電路中壓敏電阻的型號(hào)所對(duì)應(yīng)的相關(guān)參數(shù)。

4 ? EMI電路

EMI電路

根據(jù)IEC {{60384:0}}-14,安規(guī)電容器分為X電容及Y電容:

X電容是指跨與L-N之間的電容器,

Y電容是指跨與L-G/N-G之間的電容器。

安規(guī)電容之——X電容

1、X電容多選用耐紋波電流比較大的聚脂薄膜類電容。這種類型的電容,體積較大,但其允許瞬間充放電的電流也很大,而其內(nèi)阻相應(yīng)較小。 2、X電容容值選取是uF級(jí)，此時(shí)必須在X電容的兩端并聯(lián)一個(gè)安全電阻,用于防止電源線拔插時(shí),由于該電容的充放電過(guò)程而致電源線插頭長(zhǎng)時(shí)間帶電。安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,當(dāng)正在工作之中的機(jī)器電源線被拔掉時(shí),在兩秒鐘內(nèi),電源線插頭兩端帶電的電壓(或?qū)Φ仉娢?必須小于原來(lái)額定工作電壓的30%。 3、作為安全電容之一的X電容,也要求必須取得安全檢測(cè)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。X電容一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和耐壓AC250V或AC275V字樣,但其真正的直流耐壓高達(dá)2000V以上,使用的時(shí)候不要隨意使用標(biāo)稱耐壓AC250V或者DC400V之類的的普通電容來(lái)代用。 4、X電容主要用來(lái)抑制差模干擾 安全等級(jí) ? ? 峰值脈沖電壓 ? 等級(jí)（IEC664） X1 ? ? ? ? ? ? ? >2.5kV ≤4.0kV ? ? ? Ⅲ X2 ? ? ? ? ? ? ? ?≤2.5kV ? ? ? ? ? ? ? ? ?Ⅱ X3 ? ? ? ? ? ? ? ?≤1.2kV ? ? ? ? ? ? ? ? —— 5、X電容沒(méi)有具體的計(jì)算公式，前期選擇都是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，后期在實(shí)際測(cè)試中，根據(jù)測(cè)試結(jié)果做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 6、經(jīng)驗(yàn)：若電路采用兩級(jí)EMI，則前級(jí)選擇0.47uF,后級(jí)采用0.1uF電容。若為單級(jí)EMI，則選擇0.47uF電容。（電容的容量大小跟電源功率沒(méi)有直接關(guān)系）

安規(guī)電容之--Y電容

1、交流電源輸入分為3個(gè)端子：火線（L）/零線（N）/地線（G）。在火線和地線之間以及在零線和地線之間并接的電容, 這兩個(gè)Y電容連接的位置比較關(guān)鍵,必須需要符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn), 以防引起電子設(shè)備漏電或機(jī)殼帶電,容易危及人身安全及生命。它們都屬于安全電容,從而要求電容值不能偏大,而耐壓必須較高。 ? 2、Y電容主要用于抑制共模干擾 3、Y電容的存在使得開(kāi)關(guān)電源有一項(xiàng)漏電流的電性指標(biāo)。
工作在亞熱帶的機(jī)器,要求對(duì)地漏電電流不能超過(guò)0.7mA;工作在溫帶機(jī)器,要求對(duì)地漏電電流不能超過(guò)0.35mA。因此,Y電容的總?cè)萘恳话愣疾荒艹^(guò)4700PF（472）。

Y電容的作用及取值經(jīng)驗(yàn)

Y電容底下又分為Y1, Y2, Y3，Y4, 主要差別在于: ? 1. Y1耐高壓大于8 kV,屬于雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣|額定電壓范圍≥ 250V
? 2. Y2耐高壓大于5 kV,屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍≥150V ≤250V
? 3. Y3耐高壓 ≥2.5KV ≤5KV 屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍≥150V ≤250V ?
? 4. Y4耐高壓大于2.5 kV屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍<150V
GJB151中規(guī)定Y電容的容量應(yīng)不大于0.1uF。Y電容除符合相應(yīng)的電網(wǎng)電壓耐壓外，還要求這種電容器在電氣和機(jī)械性能方面有足夠的安全余量，避免在極端惡劣環(huán)境條件下出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象，Y電容的耐壓性能對(duì)保護(hù)人身安全具有重要意義。

共模電感

EMI電路

共模電感的作用

共模電感上，A和B就是共模電感線圈。這兩個(gè)線圈繞在同一鐵芯上，匝數(shù)和相位都相同(繞制方向向反)。這樣，當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時(shí)，電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消，此時(shí)正常信號(hào)電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼)；當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時(shí)，由于共模電流的同向性，會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果，以此衰減共模電流，抑制高速信號(hào)線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射，達(dá)到濾波的目的。

共模電感的設(shè)計(jì)

第一步：確定客戶的規(guī)格要求 ， EMI允許級(jí)別

第二步：電感值的確定

第三步：core（磁芯）材質(zhì)及規(guī)格確定

第四步：繞組匝數(shù)及線徑的確定

第五步：打樣

第六步：測(cè)試

共模電感的電感量計(jì)算

EMI等級(jí) : Fcc Class B

已知條件：C2=C7=3300pF

EMI測(cè)試頻率：傳導(dǎo)150KHz~30MHz。 EMC測(cè)試頻率: 30MHz~3GHz。 實(shí)際的濾波器無(wú)法達(dá)到理想濾波器那樣陡峭的阻抗曲線，通?？蓪⒔刂诡l率設(shè)定在50KHz左右。在此，假設(shè)Fo=50KHz。則以上，得出的是理論要求的電感值，若想獲得更低的截止頻率，則可進(jìn)一步加大電感量，截止頻率一般不低于10KHz。理論上電感量越高對(duì)EMI抑制效果越好，但過(guò)高的電感將使截止頻率將的更低，而實(shí)際的濾波器只能做到一定的帶寬，也就使高頻雜訊的抑制效果變差（一般開(kāi)關(guān)電源的雜訊成分約為5~10MHz之間）。另外，感量越高，則繞線匝數(shù)越多，就要求磁芯的ui值越高，如此將造成低頻阻抗增加。此外，匝數(shù)的增加使分布電容也隨之增大，使高頻電流全部經(jīng)過(guò)匝間電容流通，造成電感發(fā)熱。過(guò)高的ui值使磁芯極易飽和，同時(shí)在生產(chǎn)上，制作比較困難，成本較高。

共模磁芯的選擇

從前述設(shè)計(jì)要求中可知，共模電感器要不易飽和，如此就需要選擇低B-H（磁芯損耗與飽和磁通密度）溫度特性的材料，因需要較高的電感量，磁芯的μi值也就要高，同時(shí)還必須有較低的磁芯損耗和較高的BS（飽和磁通密度）值，符合上述要求之磁芯材質(zhì)，目前以鐵氧體材質(zhì)最為合適，磁芯大小在設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)有一定的規(guī)定，原則上只要符合所需要的電感量，且在允許的低頻損耗范圍內(nèi)，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品體積最小化。
因此，磁芯材質(zhì)及大小選取應(yīng)以成本、允許損耗、安裝空間等做參考。共模電感常用磁芯的μi約在2000~{{10000:0}}之間。

共模電感圈數(shù)的計(jì)算

在本電路中，我們選用的磁芯型號(hào)為

TDK UU9.8

磁芯材質(zhì)PC40

μi值2300

AL值 500nH/N^2

共模電感線徑的計(jì)算

J為無(wú)強(qiáng)制散熱情況下每平方毫米所通過(guò)的電流值，若有強(qiáng)制散熱可選擇6A。

Iin_avg輸入電流平均值

2為常數(shù)

5 ? 整流橋和輸入電解電容

整流橋（橋堆）的計(jì)算

整流橋的耐壓選擇

整流橋的耐電流選擇

5為輸入電流有效值的倍數(shù)，經(jīng)驗(yàn)值。

所選整流橋的正向管壓降

所選整流橋的功率損耗計(jì)算

BUCK電容容值的計(jì)算

6 ? RCD箝位電路

高壓?jiǎn)?dòng)與RCD箝位電路

紅線圈起的電阻為I C的高壓?jiǎn)?dòng)電阻，電阻阻值的選擇由IC特性決定。 ? 藍(lán)線圈起的部分為RCD箝位電路(也稱為關(guān)斷緩沖電路)。此部分電路主要用于限制MOS關(guān)斷時(shí)高頻變壓器漏感的能量引起的尖峰電壓和次級(jí)線圈反射電壓的疊加，疊加的電壓產(chǎn)生在MOS管由飽和轉(zhuǎn)向關(guān)斷的過(guò)程中，漏感中的能量通過(guò)D向C充電，C上的電壓可能沖到反電動(dòng)勢(shì)與漏感電壓的疊加值，即：Vrest+ ΔVpp。

C的作用則是將該部分的能量吸收掉，其容量由下式?jīng)Q定：
?

C=（Le×Isc^2）/[（ Vrest+ ΔVpp ）^2- Vrest^2]

這里的， Le：漏感，單端反激一般為40~100uH，低于40uH可不考慮，一般取50uH計(jì)算；
? ? ? ?

Vrest：反電動(dòng)勢(shì)；2*n*Vout
? ? ?

ΔVpp：漏感電動(dòng)勢(shì)的峰值；8%*Vrest
? ? ?

Isc：短路保護(hù)時(shí)變壓器初級(jí)線圈流過(guò)的最大電流。Ipk^2

RCD電路電阻、二極管的計(jì)算

電阻R：
? 在變壓器下半周期由截至變?yōu)閷?dǎo)通時(shí)，C上的能量經(jīng)R來(lái)釋放，直到C上的電壓將到下次MOS管關(guān)斷之前的反電動(dòng)勢(shì)Vrest，在放電的過(guò)程中，漏感電動(dòng)勢(shì)ΔVpp是不變的，通過(guò)放電常數(shù)R、C和變壓器關(guān)斷時(shí)間的關(guān)系，可以求得R的值，可以按周期T的63%計(jì)算：

R×C=0.63T×（ Vrest+ ΔVpp ）/ ΔVpp

注釋：T=1/f ? f：為變壓器的工作頻率。

R=0.63 （ Vrest+ ΔVpp ）/ （ΔVpp ×f ×C）

其功耗為：P= Le×Isc2×f/2

由于D和C上都有能量消耗，而且放電時(shí)間可能要短，所以該電阻的實(shí)際功耗可按計(jì)算值的一半考慮。

P（實(shí)際）=P（計(jì)算值）/2

關(guān)于D的取值

耐壓值要超過(guò)疊加值的10%。

電流要大于輸入電流平均值的10%

同行工程師經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：

1、D要選慢速的，對(duì)EMI好；

2.電容選的越大，電壓尖峰越小，也就是RCD吸收的漏感能量越大；

3.R應(yīng)該取值較小才好，R越小，電容放電越快，下個(gè)周期時(shí)就能吸收更多的能量。

4.C選大，R選小，吸收能力較強(qiáng)，且震蕩的周期變長(zhǎng)，也就是頻率降低，EMI較好，
但損耗也會(huì)較大，故要折中選取。

開(kāi)關(guān)電源元器件選型—Mos管/漏感介紹

7 ? 介紹變壓器漏感

什么是漏感？

同一個(gè)磁體上兩個(gè)有互感的線圈N1、N2，N1線圈上流過(guò)的電流I1產(chǎn)生的磁通￠11分為兩部分，一部分是匝鏈N1、N2兩個(gè)線圈的互感磁通，另一部分只與N1（激勵(lì)線圈）線圈匝鏈，不與N2線圈匝鏈的漏磁通￠1S。對(duì)應(yīng)漏磁通產(chǎn)生的感量，稱之為漏感。 ? ? ? ? ? ? 漏感，是一種實(shí)際存在的物理參數(shù)，而不是一種叫做電感的物體。
影響漏感大小的因素：
? ? ? ? ? 漏感的產(chǎn)生跟線圈間耦合的緊密程度、線圈的繞制工藝、磁路的幾何形狀、磁介質(zhì)的性能等有關(guān)。
漏感的作用：
? ? ? 漏感會(huì)限制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)的電流上升速度，有降低開(kāi)通損耗的效果。但沒(méi)有降低導(dǎo)通損耗的效果。關(guān)斷的時(shí)候，漏感反而是不利影響。電流由于漏感的存在，下降會(huì)變慢，關(guān)斷損耗會(huì)變大。開(kāi)通瞬間，由于漏感存在，電流的上升速度降低，漏感呈現(xiàn)的是阻抗形式。電流是從零開(kāi)始上升的，瞬間電流為零，就形成很大阻抗。 ? 注：漏感不參與能量的傳遞，是變壓器的寄生參數(shù)，應(yīng)當(dāng)越小越好。

8 ? MOS管（開(kāi)關(guān)管）

MOS管的耐壓選擇：

Vdss=2*Vdcmax ? ? ? DS極間耐壓要是兩倍的直流輸入最大電壓

MOS管的耐電流選擇：

Idrms=Iout*[1.2(Po/Vdcmin)/1-Dmax]

Idrms:MOS所通過(guò)的電流有效值

Iout:輸出電流

Po:輸出功率

Vdcmin:最小輸入直流電壓值

Dmax：最大占空比

MOS的導(dǎo)通損耗計(jì)算

Psw=Idrms^2*Rds

有效電流值的平方乘上MOS內(nèi)阻

9 ? 反激變壓器計(jì)算和繞制

變壓器的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)

首先確定已知參數(shù)：
?

開(kāi)關(guān)頻率：Fsw；

變壓器的效率：η；

最大占空比：Dmax；

輸入電壓范圍：Vinmin,Vinmax

輸出電壓 Vout?

輸出電流Iout

K=0.4(DCM=1,CCM=0.3~0.5)；

輸出二極管管壓降Vf

輔助繞組電壓Vb

輔助繞組二極管管壓降Vfb

設(shè)計(jì)步驟一

輸入功率 ?Pin=(Vout*Iout) η

輸入電流平均值 Iin_avg=Pin/(√2*Vinmin*Dmax)

初級(jí)電感量Lp=(√2*Vinmin*Dmax)^2/2*Pin*Fsw*K

紋波電流 ⊿I= √2*Vinmin*Dmax/Lp*Fsw

設(shè)計(jì)步驟二

再確認(rèn)參數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)功率和結(jié)構(gòu)空間選擇磁芯

選好磁芯確定磁芯材質(zhì)選出ui值

確定材質(zhì)找出相對(duì)溫度的Bs(飽和磁通密度)一般選擇60°相對(duì)的Bs.

找出Ae（磁芯實(shí)際截面面積）、Acw（磁芯總卷線截面面積）、Ve（磁芯實(shí)效體積）值

設(shè)計(jì)步驟三

計(jì)算輸入電流峰值Ipk=(Iin_avg*⊿I/2)*1.2

計(jì)算AP值 AP=Ae*Acw

計(jì)算初級(jí)圈數(shù)確認(rèn)選擇
? ?NP1= (√2*Vinmin*Dmax)/ui*Fsw*Ae
? ?NP2=LP*Ipk/Bs*Ae
? ?NP= | NP1 if ?NP1>NP2
? ? ? ? ? ?| NP2 otherwise

匝比的計(jì)算 n=[Dmax/(1-Dmax)]/Vout+Vf

次級(jí)線圈的計(jì)算 NS=NP/n

輔助繞組線圈的計(jì)算Nfb=(Vf+Vfb/Vout+Vf)*NS

反推驗(yàn)證Dmax

Dmax=[n*(Vout+Vf)]/[√2*Vinmin+n*(Vout+Vf)]

氣隙的計(jì)算 Lg=4*3.14*10^-7*NP^2*Ae/Lp

關(guān)于反激變壓器的氣隙

為什么要開(kāi)氣隙？
反激變換器中，變壓器起著電感和變壓器的雙重作用，因而變壓器磁芯處于直流偏磁狀態(tài)，為防磁飽和因此要加入氣隙。
防止磁芯飽和不僅只有開(kāi)氣隙一種方法，另外一種是增加磁心的體積；不過(guò)通常設(shè)計(jì)時(shí)空間已經(jīng)限制了磁芯的大小，所以實(shí)際設(shè)計(jì)中開(kāi)氣隙的方法應(yīng)用的比較多；
這兩種方法都可以使磁心的磁滯回線變得“扁平”，這樣對(duì)于相同的直流偏壓，就降低了工作磁通的密度。

變壓器的線徑選擇

變壓器的線徑計(jì)算是有規(guī)定的，特別是反激式電源變壓器更應(yīng)該注意？

自然冷卻時(shí)j=1.5~4A/mm2，強(qiáng)迫冷風(fēng)時(shí)3~5A/mm2。

在不同的頻率下選取d也是不同的，在200KHz以下時(shí)，一般為4~5A/mm2，在200KHz以上時(shí)，一般為2~3A/mm2。

變壓器的繞制方法

為了減少漏感，目前最好的、工藝最簡(jiǎn)單的繞制方法是初次級(jí)交錯(cuò)繞法也就是大家常說(shuō)的三明治繞法。

10 ? 輸出整流管

電動(dòng)自行車(chē)電源電路原理圖

次級(jí)側(cè)電路原理圖

次級(jí)整流二極管的選型

為了降低輸出整流損耗，次級(jí)整流二極管一般選用肖特基二極管，肖特基二極管有較低的正向?qū)▔航礦f，能通過(guò)較大的電流。

輸出整流二極管的耐壓值

Vout為輸出電壓

Np為變壓器原變?nèi)?shù)

Ns為變壓器副邊圈數(shù)

Vdcmax為輸入最大直流（最大交流的峰值）

120%為給二極管留的尖峰余量

二極管的峰值電流值

Ipp為原邊的峰值電流（計(jì)算變壓器時(shí)計(jì)算）

次級(jí)整流二極管的有效值電流值（此處為工作在DCM模式）

Dmax為最大占空比

次級(jí)整流管的熱設(shè)計(jì)

二極管的熱損耗包括正向?qū)〒p耗、反向漏電流損耗及恢復(fù)損耗。因?yàn)檫x用的是肖特基二極管，反向恢復(fù)時(shí)間短和漏電流比較小，可忽略不記。

二極管的PN結(jié)對(duì)環(huán)境的熱阻可以通過(guò)DATASHEET查得Rthjc=1.2°C/W

Tj=Rthjc*Vf*Id_rms+Ta
? Ta為工作的環(huán)境溫度
? ?Tj為二極管工作溫度理論值
? ?Vf表示二極管的正向?qū)▔航?br /> ? ?Id_rms表示通過(guò)二極管的有效值電流

11 ? RC吸收回路

吸收回路選型

吸收的本質(zhì) ，什么是吸收？

在拓?fù)潆娐返脑蜕鲜菦](méi)有吸收回路的，實(shí)際電路中都有吸收，由此可以看出吸收是工程上的需要，不是拓?fù)湫枰?/p>

吸收一般都是和電感有關(guān)，這個(gè)電感不是指拓?fù)渲械母行栽?，而是指諸如變壓器漏感、布線雜散電感。

吸收是針對(duì)電壓尖峰而言，電壓尖峰從何而來(lái)？電壓尖峰的本質(zhì)是什么？

電壓尖峰的本質(zhì)是一個(gè)對(duì)結(jié)電容的dv/dt充放電過(guò)程，而dv/dt是由電感電流的瞬變（di/dt）引起的，所以，降低di/dt或者dv/dt的任何措施都可以降低電壓尖峰，這就是吸收。

吸收的作用？

降低尖峰電壓

緩沖尖峰電流

降低di/dt和dv/dt，即改善EMI品質(zhì)

減低開(kāi)關(guān)損耗，即實(shí)現(xiàn)某種程度的軟開(kāi)關(guān)。

提高效率。提高效率是相對(duì)而言的，若取值不合理不但不能提高效率，弄不好還可能降低效率。

RC吸收的特點(diǎn)

雙向吸收。一個(gè)典型的被吸收電壓波形中包括上升沿、上升沿過(guò)沖、下降沿這三部分，RC吸收回路在這三各過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生吸收功率。通常情況下我們只希望對(duì)上升沿過(guò)沖實(shí)施吸收。因此這意味著RC吸收效率不高。

不能完全吸收。這并不是說(shuō)RC吸收不能完全吸收掉上升沿過(guò)沖，只是說(shuō)這樣做付出的代價(jià)太大。因此RC吸收最好給定一個(gè)合適的吸收指標(biāo)，不要指望它能夠把尖峰完全吸收掉。

RC吸收是能量的單向轉(zhuǎn)移，就地將吸收的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋１M管如此，這并不能說(shuō)損耗增加了，在很多情況下，吸收電阻的發(fā)熱增加了，與電路中另外某個(gè)器件的發(fā)熱減少是相對(duì)應(yīng)的，總效率不一定下降。設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)腞C吸收，在降低電壓尖峰的同時(shí)也有可能提高效率。

吸收的誤區(qū)

Buck續(xù)流二極管反壓尖峰超標(biāo)，就拼命的在二極管兩端加RC吸收。 這個(gè)方法卻是錯(cuò)誤的。為什么？因?yàn)檫@個(gè)反壓尖峰并不是二極管引起的，盡管表現(xiàn)是在這里。這時(shí)只要加強(qiáng)MOS管的吸收或者采取其他適當(dāng)?shù)拇胧?，這個(gè)尖峰就會(huì)消失或者削弱。

副邊二極管反壓尖峰超標(biāo)，就在這個(gè)二極管上拼命吸收。
這種方法也是錯(cuò)誤的，原因很清楚，副邊二極管反壓尖峰超標(biāo)都是漏感惹的禍，正確的方法是處理漏感能量。

反激MOS反壓超標(biāo)，就在MOS上拼命吸收。
這種方法也是錯(cuò)誤的。如果是漏感尖峰，或許吸收能夠解決問(wèn)題。如果是反射電壓引起的，吸收不但不能能夠解決問(wèn)題的，效率還會(huì)低得一塌糊涂，因?yàn)槟愀淖兞送負(fù)洹?/p>

吸收的計(jì)算

書(shū)上網(wǎng)絡(luò)上都有關(guān)于吸收回路的計(jì)算方法的介紹,但由于寄生參數(shù)的影響,這些公式幾乎沒(méi)有實(shí)際意義,實(shí)際上大部分的RC參數(shù)是靠實(shí)驗(yàn)來(lái)調(diào)整的,但RC的組合理論上有無(wú)窮多,怎么來(lái)初選這個(gè)值是很關(guān)鍵的,下面來(lái)介紹一些實(shí)用的理論和方法 。

先不加RC,用容抗比較低的電壓探頭測(cè)出原始的震蕩頻率.此震蕩是有LC 形成的,L主要是變壓器次級(jí)漏感和布線的電感和輸出電容, C主要是二極管結(jié)電容和變壓器次級(jí)的雜散電容。 ?

測(cè)出原始震蕩頻率后, 可以試著在二極管上面加電容,直到震蕩頻率變?yōu)樵瓉?lái)的1/2.則原來(lái)震蕩的C值為所加電容的1/3,知道了C就可以算R值了, R=2∏fL=1/(2∏fC)。把R加到所加C上,震蕩就可以大大衰減。這時(shí)再適當(dāng)調(diào)整C值的大小,直到震蕩基本被抑制。

吸收電路測(cè)試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：

一、吸收電容C的影響

并非吸收越多損耗越大，適當(dāng)?shù)奈沼幸粋€(gè)效率最高點(diǎn)。

吸收電容C的大小與吸收功率（R的損耗）呈正比關(guān)系。即：吸收功率基本上由吸收電容決定。

二、吸收電阻R的影響

吸收電阻的阻值對(duì)吸收效果干系重大，影響明顯。

吸收電阻的阻值對(duì)吸收功率影響不大，即：吸收功率主要由吸收電容決定。

當(dāng)吸收電容確定后，一個(gè)適中的吸收電阻才能達(dá)到最好的吸收效果。

當(dāng)吸收電容確定后，最好的吸收效果發(fā)生在發(fā)生最大吸收功率處。換言之，哪個(gè)電阻發(fā)熱最厲害就最合適。

當(dāng)吸收電容確定后，吸收程度對(duì)效率的影響可以忽略。

軟件仿真不同阻值時(shí)的波形曲線圖

12 ? 輸出電容

1．反激式開(kāi)關(guān)電源輸出整流濾波電路工作狀態(tài)分析 反激式開(kāi)關(guān)電源輸出整流濾波電路原理上是最簡(jiǎn)單的。但是，由于反激式開(kāi)關(guān)電源的能量傳遞必須通過(guò)變壓器轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，變壓器的初次級(jí)兩側(cè)的開(kāi)關(guān)（MOSFET或整流二極管）均工作在電流斷續(xù)狀態(tài)。在相同輸出功率條件下，反激式開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)流過(guò)的電流峰值和有效值大于正激式、橋式、推挽式開(kāi)關(guān)電源。為了獲得更低的輸出電壓尖峰，通常的反激式開(kāi)關(guān)電源工作在電感電流（變壓器儲(chǔ)能）斷續(xù)狀態(tài)，這就進(jìn)一步增加了開(kāi)關(guān)元件的電流額定。 開(kāi)關(guān)電源的電路拓?fù)鋵?duì)輸出整流濾波電容器影響也是非常大的，由于反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出電流斷續(xù)性，其交流分量需要由輸出整流濾波電容器吸收，當(dāng)電感電流斷續(xù)時(shí)輸出整流濾波電容器的需要吸收的紋波電流相對(duì)最大。 對(duì)應(yīng)的輸出整流二極管的電流波形如圖1，輸出濾波電容器的電流波形如圖2。

圖1 ?反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出整流二極管的電流波形

圖2?輸出濾波電容器的電流波形

由圖1可以得到流過(guò)輸出整流二極管電流峰值與平均值、有效值的關(guān)系為如下。 流過(guò)輸出整流器的峰值電流與平均值電流的關(guān)系： 根據(jù)電荷相等，可以得到：

?（1）

可以得到整流二極管電流的峰值：

?（2）

流過(guò)輸出整流器的有效值電流與峰值電流的關(guān)系：

（3）

流過(guò)整流器的有效值電流與平均值電流的關(guān)系：

（4）

式中：IrecM、Irecrms、IO、Dmax分別為流過(guò)輸出整流器的峰值電流、有效值電流、平均值電流和輸出整流二極管的最大導(dǎo)通占空比。 流過(guò)輸出濾波電容器的電流有效值略小于流過(guò)輸出整流器的有效值電流。 式（2）、（3）、（4）表明，隨著輸出整流器導(dǎo)通占空比的減小，相同輸出電流平均值對(duì)應(yīng)的峰值電流、有效值電流隨占空比的減小而增加。 在大多數(shù)情況下，反激式開(kāi)關(guān)電源工作在變壓器電流臨界或斷續(xù)狀態(tài)。在變壓器電流臨界狀態(tài)下，初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通占空比與輸出整流器導(dǎo)通占空比相加為1。 在大多數(shù)情況下，反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出整流器的最大導(dǎo)通占空比約為0.5。這樣，流過(guò)輸出整流器的電流峰值與輸出平均值電流之間的關(guān)系為：

（4）

有效值電流與輸出電流平均值的關(guān)系為：

（5）

2．設(shè)計(jì)實(shí)例與分析 某反激式開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)參數(shù)為：電路圖拓?fù)洌悍醇な?；輸入電壓?5Vac~264Vac工作頻率：65kHz?；輸出：12V/5A；紋波電壓：50mV；CLC濾波。 （1）第一級(jí)濾波電容器的選擇 對(duì)于輸出電流5A對(duì)應(yīng)的峰值電流為20A、有效值電流為14.14A，其中大部分流入濾波電容器。按最高溫度的紋波電流2倍選用電容器，濾波電容器的紋波電流之和至少要7A。 25V/1000μF低ESR鋁電解電容器的額定紋波電流約為1A，需要7只并聯(lián)。如果非要5只并聯(lián)甚至4只并聯(lián)，也是可以運(yùn)行的，但是不具有長(zhǎng)期可靠性。 25℃溫度下，25V/1000μF低ESR鋁電解電容器的ESR約為0.09Ω。7只并聯(lián)對(duì)應(yīng)的ESR為129mΩ、5只并聯(lián)為180mΩ、4只并聯(lián)為225mΩ。由電流變化在ESR上產(chǎn)生的峰值電壓分別為2.59V、3.60V、4.50V。除此之外，濾波電容器的ESL還會(huì)在整流二極管開(kāi)通時(shí)由于電流的躍變而產(chǎn)生感生電勢(shì)，這個(gè)感生電勢(shì)同樣會(huì)加到濾波電容器上，因此，濾波電容器上的峰值電壓將不只是上述的2.59V、3.60V、4.50V。其電壓波形如圖3。

圖3 ?第一級(jí)濾波電容器的電壓波形

很顯然，2.59V、3.60V、4.50V是不能滿足設(shè)計(jì)要求的，需要在第一級(jí)濾波電容器后面加上一級(jí)LC低通濾波器。 ? （2）第二極LC低通濾波器的設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇 第二級(jí)需要考慮的是如何將不能滿足要求紋波電壓經(jīng)過(guò)LC濾波使其滿足要求。通常濾波電感可以選擇30~100μH，輸出濾波電容器不僅要考慮輸出紋波電壓是否可以滿足要求，還要考慮抑制負(fù)載電流的變化，在這里可以選擇330~1000μF/25V。

13 ? MOS開(kāi)關(guān)管損耗

1，開(kāi)通損耗

MOS管在開(kāi)通過(guò)程中，電流，電壓和功耗的波形近似如下

Rds（on）為Mos管的導(dǎo)通電阻，會(huì)隨著MOS管結(jié)溫的變化而變化，一般MOS的Datasheet中都會(huì)給出一個(gè)溫度變化曲線，可以參考改曲線取值。 Idrms為導(dǎo)通過(guò)程中的電流有效值 Ton為一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間 F為開(kāi)關(guān)頻率 3，關(guān)斷損耗 MOS管在關(guān)斷過(guò)程中，電流，電壓和功耗的波形近似如下

Idss為Mos管截止時(shí)在實(shí)際結(jié)溫情況下的漏電流，可以參考器件手冊(cè)取一個(gè)合適的值。

Vds為截止時(shí)Mos管DS之間的電壓

Toff為一個(gè)周期內(nèi)的截止時(shí)間

f 為開(kāi)關(guān)頻率

另外還有門(mén)級(jí)損耗和輸出電容損耗，還有Mos內(nèi)部寄生二極管的功耗。因?qū)φwMos管的功耗影響不大且涉及到具體的應(yīng)用和各個(gè)管子的參數(shù)不同，這里不再詳細(xì)敘述。

14 ? 輸出整流管損耗

一本80年代末翻譯的書(shū)，里面很詳細(xì)的闡述了功率晶體管和開(kāi)關(guān)二極管設(shè)計(jì)的過(guò)程。很?chē)?yán)謹(jǐn)也很詳實(shí)，不是偶然間翻到，我們可能沒(méi)有可能去搞清楚這個(gè)過(guò)程了。 這一段是我整理在我寫(xiě)的文章里面的，希望能把這個(gè)過(guò)程寫(xiě)清楚：

二極管在較高頻率下應(yīng)用的時(shí)候，需要注意二極管除了我們知道的正常的導(dǎo)通狀態(tài)和正常的截至狀態(tài)以外，在兩種狀態(tài)之間，轉(zhuǎn)換過(guò)程中還存在著開(kāi)啟效應(yīng)和關(guān)斷效應(yīng)。二極管在開(kāi)關(guān)的過(guò)程中其電流和電壓的變化過(guò)程如圖所示： ① 開(kāi)啟效應(yīng):表征著二極管由截止過(guò)渡到導(dǎo)通的特性，從反向電壓VR正向?qū)?，跳變至最高電壓V?P，然后慢慢降低為二極管正向?qū)妷篤F，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程稱為二極管的正向恢復(fù)過(guò)程。這一過(guò)程所需要的時(shí)間稱為正向恢復(fù)時(shí)間。開(kāi)啟過(guò)程的過(guò)程是對(duì)對(duì)反偏二極管的結(jié)電容充電，使二極管的電壓緩慢上升，因PN結(jié)耗盡區(qū)的工作機(jī)理，使電壓的上升比電流的上升要慢很多。 ② 關(guān)斷效應(yīng)：表征著二極管由導(dǎo)通過(guò)渡到截止的特性，從二極管正向?qū)妷篤F，跳變至負(fù)向最高電壓VFF，然后反向截止達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)VR的過(guò)程稱為二極管的反向恢復(fù)過(guò)程。這一過(guò)程所需要的時(shí)間稱為反向恢復(fù)時(shí)間。由于電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，二極管正向?qū)〞r(shí)，會(huì)存在非平衡少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象。在關(guān)斷過(guò)程中存儲(chǔ)電荷消失之前，二極管仍維持正偏的狀態(tài)。為使其承受反向阻斷的能力，必需將這些少子電荷抽掉。反向恢復(fù)時(shí)間分為存儲(chǔ)時(shí)間Ts與下降時(shí)間Tf，存儲(chǔ)時(shí)間時(shí)二極管處在抽走反向電荷的階段，在這段時(shí)間以后電壓達(dá)到反向最大值，二極管可開(kāi)始反向阻斷，下降時(shí)間則是對(duì)二極管耗盡區(qū)結(jié)電容進(jìn)行充電的過(guò)程，直到二極管完全承受外部所加的反向電壓，進(jìn)入穩(wěn)定的反向截止?fàn)顟B(tài)。 二極管的暫態(tài)開(kāi)關(guān)過(guò)程就是PN結(jié)電容的充、放電過(guò)程。二極管由截止過(guò)渡到導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于電容充電，二極管由導(dǎo)通過(guò)渡到截止時(shí)，相當(dāng)于電容放電。二極管結(jié)電容越小，充、放電時(shí)間越短，過(guò)渡過(guò)程越短，則二極管的暫態(tài)開(kāi)關(guān)特性越好。 正向過(guò)程損耗

這是一個(gè)估計(jì)的結(jié)果 反向過(guò)程損耗 計(jì)算方法也是估計(jì)的（這是續(xù)流電路的情況）

實(shí)際的功率二極管用在不同的地方，其結(jié)果也是并不相同的，按照書(shū)中整流和續(xù)流兩塊去分析，我可能將之整理一下效果較好。感興趣的同志們可以去看看，挺詳細(xì)和詳實(shí)的一本書(shū)。 整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程，實(shí)質(zhì)上，就是認(rèn)為對(duì)結(jié)電容進(jìn)行操作。如果沒(méi)有電容，整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程是非常理想的，也就等效成為一個(gè)理想的開(kāi)關(guān)了。 補(bǔ)充（引用網(wǎng)上不明作者的圖和過(guò)程分析）： 由于二極管外加正向電壓時(shí)，載流子不斷擴(kuò)散而存儲(chǔ)的結(jié)果。當(dāng)外加正向電壓時(shí)Ｐ區(qū)空穴向Ｎ區(qū)擴(kuò)散，Ｎ區(qū)電子向Ｐ區(qū)擴(kuò)散，這樣，不僅使勢(shì)壘區(qū)（耗盡區(qū)）變窄，而且使載流子有相當(dāng)數(shù)量的存儲(chǔ)，在Ｐ區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)了電子，而在Ｎ區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)了空穴，它們都是非平衡少數(shù)載流子，如下圖所示。

空穴由Ｐ區(qū)擴(kuò)散到Ｎ區(qū)后，并不是立即與Ｎ區(qū)中的電子復(fù)合而消失，而是在一定的路程LP（擴(kuò)散長(zhǎng)度）內(nèi)，一方面繼續(xù)擴(kuò)散，一方面與電子復(fù)合消失，這樣就會(huì)在LP范圍內(nèi)存儲(chǔ)一定數(shù)量的空穴，并建立起一定空穴濃度分布，靠近結(jié)邊緣的濃度最大，離結(jié)越遠(yuǎn)，濃度越小。正向電流越大，存儲(chǔ)的空穴數(shù)目越多，濃度分布的梯度也越大。我們把正向?qū)〞r(shí)，非平衡少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象叫做電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。 當(dāng)輸入電壓突然由+VF變?yōu)?VR時(shí)Ｐ區(qū)存儲(chǔ)的電子和Ｎ區(qū)存儲(chǔ)的空穴不會(huì)馬上消失，但它們將通過(guò)下列兩個(gè)途徑逐漸減少： ① 在反向電場(chǎng)作用下，Ｐ區(qū)電子被拉回Ｎ區(qū)，Ｎ區(qū)空穴被拉回Ｐ區(qū)，形成反向漂移電流IR，如下圖所示； ② 與多數(shù)載流子復(fù)合。

在這些存儲(chǔ)電荷消失之前，ＰＮ結(jié)仍處于正向偏置，即勢(shì)壘區(qū)仍然很窄，ＰＮ結(jié)的電阻仍很小，與RL相比可以忽略，所以此時(shí)反向電流IR= （VR＋VD）/RL。VD表示ＰＮ結(jié)兩端的正向壓降，一般 VR>>VD，即 IR＝VR／RL。在這段期間，IR基本上保持不變，主要由VR和RL所決定。經(jīng)過(guò)時(shí)間ts后Ｐ區(qū)和Ｎ區(qū)所存儲(chǔ)的電荷已顯著減小，勢(shì)壘區(qū)逐漸變寬，反向電流IR逐漸減小到正常反向飽和電流的數(shù)值，經(jīng)過(guò)時(shí)間tt，二極管轉(zhuǎn)為截止。由上可知，二極管在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中出現(xiàn)的反向恢復(fù)過(guò)程，實(shí)質(zhì)上由于電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起的，反向恢復(fù)時(shí)間就是存儲(chǔ)電荷消失所需要的時(shí)間。

15 ? 散熱器計(jì)算

一、7805 設(shè)計(jì)事例 設(shè) I=350mA，Vin=12V，則耗散功率 Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W。按照 TO-220 封裝的熱阻 θJA=54℃/W，溫升是 132℃，設(shè)室溫 25℃，那么將會(huì)達(dá)到 7805 的 熱保護(hù)點(diǎn) 150℃，7805 會(huì)斷開(kāi)輸出。 二、正確的設(shè)計(jì)方法是： 首先確定最高的環(huán)境溫度，比如 60℃，查出民品 7805 的最高結(jié)溫 Tj(max)=125℃，那么允許的溫升是 65℃。要求的熱阻是 65℃/2.45W=26℃/W。 再查 7805 的熱阻，TO-220 封裝的熱阻 θJA=54℃/W，TO-3 封裝（也就是大家說(shuō)的“鐵殼”）的熱阻 θJA=39℃/W，均高于要求值，都不能使用（雖然達(dá)不到熱保護(hù)點(diǎn)，但是超指標(biāo)使用還是不對(duì)的）,所以不論那種封裝都必須加散熱片。資料里講到加散熱片的時(shí)候，應(yīng)該加上 4℃/W 的殼到散熱片的熱阻。 計(jì)算散熱片應(yīng)該具有的熱阻也很簡(jiǎn)單，與電阻的并聯(lián)一樣，即 54//x=26， x=50℃/W。其實(shí)這個(gè)值非常大，只要是個(gè)散熱片即可滿足。 ? 三、散熱片尺寸設(shè)計(jì) 散熱片計(jì)算很麻煩的，而且是半經(jīng)驗(yàn)性的，或說(shuō)是人家的實(shí)測(cè)結(jié)果。 基本的計(jì)算方法是: 1.最大總熱阻 θja ＝ （ 器件芯的最高允許溫度 TJ － 最高環(huán)境溫度 TA ） / 最大耗散功率 其中，對(duì)硅半導(dǎo)體，TJ 可高到 125℃，但一般不應(yīng)取那么高，溫度太高會(huì)降 低可靠性和壽命。 最高環(huán)境溫度 TA 是使用中機(jī)箱內(nèi)的溫度，比氣溫會(huì)高。 最大耗散功率見(jiàn)器件手冊(cè)。 2.總熱阻 θja＝芯到殼的熱阻 θjc ＋殼到散熱片的 θcs ＋ 散熱片到環(huán) 境的 θsa 其中，θjc 在大功率器件的 DateSheet 中都有，例如 3---5 θcs 對(duì) TO220 封裝，用 2 左右，對(duì) TO3 封裝，用 3 左右，加導(dǎo)熱硅脂后， 該值會(huì)小一點(diǎn)，加云母絕緣后，該值會(huì)大一點(diǎn)。 散熱片到環(huán)境的熱阻 θsa 跟散熱片的材料、表面積、厚度都有關(guān)系，作為 參考，給出一組數(shù)據(jù)例子。 a.對(duì)于厚 2mm 的鋁板，表面積（平方厘米）和熱阻（℃/W）的對(duì)應(yīng)關(guān)系是：

中間的數(shù)據(jù)可以估計(jì)了。 b.對(duì)于 TO220，不加散熱片時(shí)，熱阻 θsa 約 60--70 ℃/W?？梢钥闯觯?dāng)表 面積夠大到一定程度后，一味的增大表面積，作用已經(jīng)不大了。據(jù)稱，厚度 從 2 mm 加到 4 mm 后，熱阻只降到 0.9 倍，而不是 0.5 倍?？梢?jiàn)一味的加 厚作用不大。表面黑化，θsa 會(huì)小一點(diǎn)，注意，表面積是指的鋁板二面的面積之和，但緊貼電路板的面積不應(yīng)該計(jì)入。對(duì)于型材做的散熱片，按表面積算出的 θsa 應(yīng)該打點(diǎn)折扣…… 說(shuō)到底，散熱片的計(jì)算沒(méi)有很?chē)?yán)格的方法，也不必要嚴(yán)格計(jì)算。實(shí)際中， 是按理論做個(gè)估算，然后滿功率試試看，試驗(yàn)時(shí)間足夠長(zhǎng)后，根據(jù)器件表面 溫度，再對(duì)散熱片做必要的更改。 國(guó)產(chǎn)散熱器廠家其實(shí)就是把鋁型材做出來(lái)，然后把表面弄黑。熱阻這種 最基本的參數(shù)他們恐怕從來(lái)就沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)。如果只考慮散熱功率芯片的輸 入輸出電壓差 X 電流是芯片的功耗，這就是散熱片的散熱功率。

編輯：黃飛