压敏电阻的作用
• 压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非 线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏 电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而 实现对后级电路的保护。 • 主要作用：过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收 尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器 件等。 • 主要参数有：压敏电压、通流容量、结电容、响应时 间等。 • 压敏电阻的响应时间为ns级，比空气放电管快，比 TVS管（瞬间抑制二极管）稍慢一些，一般情况下用 于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。
隔离开关电源框架结构图
EMI 整流滤波 变压器 次级整流滤波 输出
开关器件 采样反馈
PWM 控制IC
隔离器件
高压区域
低压区域
电源电路原理图
初级侧部分
第一个安规元件—保险管
• 作用： 安全防护。在电源出现异常时，为了保护核心器件不 受到损坏。 • 技术参数： 额定电压V、额定电流I、熔断时间I^2RT。 • 分类： 快断、慢断、常规
选取压敏电阻的方法
• 结合前面所述，来看一下本电路中压敏电 阻的型号所对应的相关参数。
EMI电路
• X电容，共模电感（也叫共模扼流圈 ），Y电容
• 根据IEC 60384-14,安规电容器分为X电容及Y电 容: • 1. X电容是指跨与L-N之间的电容器, • 2. Y电容是指跨与L-G/N-G之间的电容器.
选取压敏电阻的方法
• 压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持 续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一 般选择标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数。
• • • • • • •
a 为电路电压波动系数，一般取值1.2. Vrms 为交流输入电压有效值。 b 为压敏电阻误差，一般取值0.85. C 为元件的老化系数，一般取值0.9. √2 为交流状态下要考虑峰峰值。 V1mA 为压敏电阻电压实际取值近似值 通流容量，即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下，对于规 定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言，压敏电压的变化不超 过± 10％时的最大脉冲电流值。
• EMI测试频率：传导150KHz~30MHz。 • EMC测试频率: 30MHz~3GHz。 • 实际的滤波器无法达到理想滤波器那样陡峭的阻 抗曲线，通常可将截止频率设定在50KHz左右。 在此，假设Fo=50KHz。则
共模磁芯的选择
• 以上，得出的是理论要求的电感值，若想获得更低的截止 频率，则可进一步加大电感量，截止频率一般不低于 10KHz。理论上电感量越高对EMI抑制效果越好，但过高 的电感将使截止频率将的更低，而实际的滤波器只能做到 一定的带宽，也就使高频杂讯的抑制效果变差（一般开关 电源的杂讯成分约为5~10MHz之间）。另外，感量越高， 则绕线匝数越多，就要求磁芯的ui值越高，如此将造成低 频阻抗增加。此外，匝数的增加使分布电容也随之增大， 使高频电流全部经过匝间电容流通，造成电感发热。过高 的ui值使磁芯极易饱和，同时在生产上，制作比较困难， 成本较高。
高压启动与RCD箝位电路
反激开关电源特点
• 在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市 场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎 常见的消费类产品全是反激式电源。 优点：成本低,外围元件少，低耗能，适用于宽电 压范围输入,可多组输出. 缺点：输出纹波比较大。(输出加低内阻滤波电容 或加LC噪声滤波器可以改善) • 今天以自行车充电器为例，详细讲解反激开关电 源的设计流程及元器件的选择方法。
共模电感的设计
• 第一步： 确定客户的规格要求 ， EMI允许 级别 • 第二步： 电感值的确定 • 第三步： core（磁芯）材质及规格确定 • 第四步：绕组匝数及线径的确定 • 第五步：打样 • 第六步：测试
共模电感的设计
• EMI等級 : Fcc Class B • 已知条件：C2=C7=3300pF
Y电容的作用及取值经验
Y电容底下又分为Y1, Y2, Y3，Y4, 主要差別在于: • 1. Y1耐高压大于8 kV,属于双重绝缘或加强绝缘|额定电压 范围≥ 250V • 2. Y2耐高压大于5 kV,属于基本绝缘或附加绝缘|额定电压 范围≥150V ≤250V • 3. Y3耐高压 ≥2.5KV ≤5KV 属于基本绝缘或附加绝缘|额 定电压范围≥150V ≤250V • 4. Y4耐高压大于2.5 kV属于基本绝缘或附加绝缘|额定电 压范围<150V • GJB151中规定Y电容的容量应不大于0.1uF。Y电容除符合 相应的电网电压耐压外，还要求这种电容器在电气和机械性 能方面有足够的安全余量，避免在极端恶劣环境条件下出现 击穿短路现象，Y电容的耐压性能对保护人身安全具有重要 意义。
共模电感圈数的计算
• • • • • 在本电路中，我们选用的磁芯型号为 TDK UU9.8 磁芯材质PC40 μi值2300 AL值 500nH/N^2
共模电感线径的计算
• J为无强制散热情况下每平方毫米所通过的 电流值，若有强制散热可选择6A。 • Iin_avg输入电流平均值 • 2为常数
整流桥（桥堆）的计算
（上）
研发中心
彭磊
开关电源的拓扑结构分类
• 10W以内常用RCC(自激振荡)拓扑方式 • 10W-100W以内常用反激式拓扑（75W以 上电源有PF值要求） • 100W-300W 正激、双管反激、准谐振 • 300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等 • 500W-2000W 双管正激、半桥、全桥 • 2000W以上 全桥
安规电容之--X电容
• • • • • • X电容主要用来抑制差模干扰 安全等级 峰值脉冲电压 等级（IEC664） X1 >2.5kV ≤4.0kV Ⅲ X2 ≤2.5kV Ⅱ X3 ≤1.2kV —— X电容没有具体的计算公式，前期选择都是依据经验值， 后期在实际测试中，根据测试结果做适当的调整。 • 经验：若电路采用两级EMI，则前级选择0.47uF,后级采 用0.1uF电容。若为单级EMI，则选择0.47uF电容。（电 容的容量大小跟电源功率没有直接关系）
安规电容之--Y电容
• 交流电源输入分为3个端子：火线（L）/零线（N）/地线 （G）。在火线和地线之间以及在零线和地线之间并接的 电容, 这两个Y电容连接的位置比较关键,必须需要符合相 关安全标准, 以防引起电子设备漏电或机壳带电,容易危及 人身安全及生命。它们都属于安全电容,从而要求电容值 不能偏大,而耐压必须较高。 • Y电容主要用于抑制共模干扰 • Y电容的存在使得开关电源有一项漏电流的电性指标。 • 工作在亚热带的机器,要求对地漏电电流不能超过0.7mA; 工作在温带机器,要求对地漏电电流不能超过0.35mA。因 此,Y电容的总容量一般都不能超过4700PF（472）。
保险管的计算方法
• • • • •
0.6为不带功率因数校正的功率因数估值 Po输出功率 η 效率（设计的评估值） Vinmin 最小的输入电压 2为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是 理论值的1.5~3倍。 • 0.98 PF值
相关知识
关于功率因数
• 大部分用电设备中，其工作电压直接取自交流电网。所以电网中会 有许多家用电器、工业电子设备等等非线性负载，这些用电器在使用 过程中会使电网产生谐波电压和电流。没有采取功率因数校正技术的 AC-DC整流电路，输入电流波形呈尖脉冲状。交流网侧功率因数只 有0.5~0.7，电流的总谐波畸变（THD）很大，可超过100%。采用功 率因数校正技术，功率因数值为0.999时，THD约为3%。为了防止电 网的谐波污染，或限制电子设备向电网发射谐波电流，国际上已经制 定了许多电磁兼容标准，有IEEE519、IEC1000-3-2等。 • 功率因数的校正(PFC)主要有两种方法：无源功率因数校正和有源 功率因数校正。无源功率因数校正利用线性电感器和电容器组成滤波 器来提高功率因数、降低谐波分量。这种方法简单、经济，在小功率 中可以取得好的效果。但是，在较大功率的供电电源中，大量的能量 必须被这种滤波器储存和管理，因此需要大电感器和电容器，这样体 积和重量就比较大也不太经济，而且功率因数的提高和谐波的抑制也 不能达到理想的效果。有源功率因数校正是使用所谓的有源电流控制 功率因数的校正方法，可以迫使输入电流跟随供电的正弦电压变化。 这种功率因数校正有体积小、重量轻、功率因数可接近1等优点。
安规电容之--X电容
• X电容多选用耐纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容。这种 类型的电容,体积较大,但其允许瞬间充放电的电流也很大, 而其内阻相应较小。 • X电容容值选取是uF级，此时必须在X电容的两端并联一 个安全电阻,用于防止电源线拔插时,由于该电容的充放电 过程而致电源线插头长时间带电。 安全标准规定,当正在 工作之中的机器电源线被拔掉时,在两秒钟内,电源线插头 两端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电压 的30%。 • 作为安全电容之一的X电容,也要求必须取得安全检测机构 的认证。X电容一般都标有安全认证标志和耐压AC250V 或AC275V字样,但其真正的直流耐压高达2000V以上,使 用的时候不要随意使用标称耐压AC250V或者DC400V之 类的的普通电容来代用。
NTC的作用
• NTC是以氧化锰等为主要原料制造的精细半导体电子陶瓷 元件。电阻值随温度的变化呈现非线性变化，电阻值随温 度升高而降低。利用这一特性，在电路的输入端串联一个 负温度系数热敏电阻增加线路的阻抗，这样就可以有效的 抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流。当电路进入 稳态工作时，由于线路中持续工作电流引起的NTC发热， 使得电阻器的电阻值变得很小，对线路造成的影响可以完 全忽略。
共模磁芯的选择
• 从前述设计要求中可知，共模电感器要不易饱和， 如此就需要选择低B-H（磁芯损耗与饱和磁通密 度）温度特性的材料，因需要较高的电感量，磁 芯的μi值也就要高，同时还必须有较低的磁芯损 耗和较高的BS（饱和磁通密度）值，符合上述要 求之磁芯材质，目前以铁氧体材质最为合适，磁 芯大小在设计时并没有一定的规定，原则上只要 符合所需要的电感量，且在允许的低频损耗范围 内，所设计的产品体积最小化。 • 因此，磁芯材质及大小选取应以成本、允许损耗、 安装空间等做参考。共模电感常用磁芯的μi约在 2000~10000之间。