開關電源元器件的電壓應力分析-KIA MOS管

開關電源原理簡圖

下圖是開關電源的原理簡圖，以反激為例。

設定一下主要參數如下：

輸入電壓：Vin=AC176-264V

輸出電壓：Vout=12V

Vcc電壓：Vcc=15V

變壓器匝比：N

下面對上述圖片中的各個元器件進行應力計算。

1、整流橋BR1

整流橋如上圖體內由4個二極管構成：d1，d2，d3，d4

應最惡劣的情況下是在輸入電壓最高的時候，即，Vin=264Vac

所以C1上兩端的電壓373V。

輸入電壓波形如下圖

當輸入電壓處于正半周時，BR1體內二極管d1和d4導通不承受高電壓，d2和d3截止承受的高電壓，d2電壓應力為b點電位減去c點電位，d3電壓應力為a點電位減去d點電位。

正半周a、b、c、d點的電位相對于大電容地分別為：373V、373V、0V、0V

d2應力=b-c=373V-0V=373V

d3應力=a-d=373V-0V=373V

輸入電壓進入負半周時同理可得d1和d4的應力為373V。

即整流橋BR1的工作應力為373V

由于開關電源需要做雷擊浪涌試驗，所以一般整流橋都選擇1000V的整流橋。

2、輸入大電容C1

C1上的電壓應力為輸入最高電壓264V交流電壓整流后的電壓。

所以C1的工作電壓應力為：

264×1.414=373V

所以輸入電解電容C1一般選擇耐壓值為400V的電容。

3.開關mos管Q1

當開關MOS管Q1開通時，Q1不承受大電壓。

當開關MOS管Q1管關時，Q1承受大電壓應力。

MOS管電壓應力為：最高輸入電壓+反射電壓+漏感產生的尖峰電壓。

反射電壓一般為：60-120V

最高輸入電壓：373V

漏感尖峰電壓一般為：100左右

所以反激開關電壓開關管Q1的工作電壓應力為：373+120+100=593V左右

留一定的余量一般選650V左右的MOS管

4.鉗位電路D1、R1、C2

當Q1關斷時，鉗位二極管D1導通，向C2充電，C2兩端的充電電壓為Np兩端的電壓為：

反射電壓+尖峰電壓

假設反射電壓為：120V

尖峰電壓為：100V

則C2兩端的電壓為220V，上負下正。

C2下方的電位為：373+220=593V

C2下方宇D1負極相連，相當于D1負極的電位也為593V左右，并且C2電容上電壓不能突變，所以D1負極電位相對文檔在593V左右。

當Q1導通時，D1正極的電位此時為0V。

所以D1的應力為負極電位減去正極電位為：593V

C2上方的電位為373V的恒定值

所以C2的電壓應力為：593-373=220V左右

R1和C2為并聯，所以R1電壓應力為220V左右

5、Vcc整流二極管D2

Vcc電壓為15V，反射電壓若為120V時，原邊主繞組與Vcc繞組的匝比為120÷15=8.

當Q1關斷時，D2是導通的，此時D2不承受大電壓就一個二極管壓降。

當Q1導通時，D2正極的電位為為負，數值為-（373÷8）=-46.625V。此時D2承受的電壓應力為15-46.625=61.625

所以Vcc整流二極管D2的應力大概為：62V左右。

留些余量一般D2選耐壓值為100V左右的二極管。

5、輸出整流二極管及電容D3、C3

輸出電壓為12V，反射電壓若為120V時，原邊主繞組與輸出繞組的匝比為120÷12=10.

當Q1關斷時，D3是導通的，此時D3不承受大電壓就一個二極管壓降。

當Q1導通時，D3正極的電位為為負，數值為-（373÷10）=-37.3V。此時D2承受的電壓應力為15-37.3=52.3

所以Vcc整流二極管D3的應力大概為：52V左右。

留些余量一般D3選耐壓值為60V左右的二極管。

C3上的電壓為恒定的12V。

C3的電壓應力為12V，一般選16V左右的電壓。

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