整流管和滤波电容选型20150213.docVIP

整流管和滤波电容选型 背景 204通报后续问题分析DRIVER BOARD-3-4/200 5V电源回路两个电解电容老化，容量下降内阻增大，造成5V输出电压欠压，变频器报W8（IGBT异常）报警。 该板生产使用已经7年，元件老化引起故障。 DRIVER BOARD-4A，所以下面的分析计算仅考虑后者。 设计指标 DRIVER BOARD-4A开关电源设计指标如表1所示。 表1 5V输出 15V输出 +15V输出 -15V输出 24V输出 波动范围 ±0.3V ±1.5V ±1.5V ±1.5V ±2.5V 负载电流 1A 1.5A 300mA 300mA 1.2A 由于反激式开关电源的输出电流断续性，其交流分量需要由输出整流滤波电容器吸收，当电感电流断续时输出整流滤波电容器的需要吸收的纹波电流相对最大。 对应的输出整流二极管的电流波形如图1，输出滤波电容器的电流波形如图2。 图1 反激式开关电源的输出整流二极管的电流波形 图2 输出滤波电容器的电流波形 由图1可以得到流过输出整流二极管电流峰值与平均值、有效值的关系为如下。 流过输出整流器的峰值电流与平均值电流的关系： （1） 流过输出整流器的有效值电流与峰值电流的关系： （2） 流过整流器的有效值电流与平均值电流的关系： （3） 式中：IrecM、Irecrms、I、Dmax分别为流过输出整流器的峰值电流、有效值电流、平均值电流和输出整流二极管的最大导通占空比。 流过输出滤波电容器的电流有效值略小于流过输出整流器的有效值电流。 式（1）、（2）、（3）表明，随着输出整流器导通占空比的减小，相同输出电流平均值对应峰值电流、有效值电流随占空比的减小而增加。 在大多数情况下，反激式开关电源工作在变压器电流临界或断续状态。在变压器电流临界状态下，初级侧开关管导通占空比与输出整流器导通占空比相加为1。 在大多数情况下，反激式开关电源的输出整流器的最大导通占空比约为0.5。这样，流过输出整流器的电流峰值与输出平均值电流之间的关系为： （4） 有效值电流输出电流平均值的关系为： （5） 电路采用CLC滤波。 对于输出电流对应的峰值电流为、有效值电流为，其中大部分流入滤波电容器。按最高温度的纹波电流倍选用电容器，滤波电容器的纹波电流之和至少要。/16V低ESR铝电解电容器的额定纹波电流约为A，需要只并联。如果非要只并联甚至只，也是可以运行的，但是不具有长期可靠性。820/16V低ESR铝电解电容器℃的额定纹波电流约为A，满足设计要求。 20℃温度下， 820/16V 低ESR铝电解电容器的ESR约为0.Ω。由电流变化在ESR上产生的峰值电压为V。除此之外，滤波电容器的ESL还会在整流二极管开通时由于电流的跃变而产生感生电势，这个感生电势同样会加到滤波电容器上，因此，滤波电容器上的峰值电压将不只是V。其电压波形如图3。 图3 第一级滤波电容器的电压波形 很显然，V 是不能满足设计要求的，需要在第一级滤波电容器后面加上一级LC低通滤波器。第二级需要考虑的是如何将不能满足要求纹波电压经过LC滤波使其满足要求。通常滤波电感可以选择30~100μH，输出滤波电容器不仅要考虑输出纹波电压是否可以满足要求，还要考虑抑制负载电流的变化，选择0μF/16V。同理： +5V 实际选用电容 220/16V 400mA 6.3mm 2.5mm 2000 h 理论计算电容 820/16V 1190mA 10mm 5.0mm 4000 h 计划使用电容 470/16V 760mA 8mm 3.5mm 2000 h 15V 实际选用电容 220/35V 760mA 8mm 3.5mm 2000 h 理论计算电容 680/35V 1690mA 12.5mm 5.0mm 4000 h 计划使用电容 560/35V 1450mA 10mm 5.0mm 4000 h ±15V 实际选用电容 220/35V 760mA 8mm 3.5mm 2000 h 理论计算电容 100/35V 290 mA 6.3mm 2.5mm 2000 h 计划使用电容 220/35V 760mA 8mm 3.5mm 2000 h 24V 实际选用电容 220/50V 876mA 10mm 5.0mm 4000 h 理论计算电容 680/50V 1470mA 12.5mm 5.0mm 4000 h 计划使用电容 680/50V 1470mA 12.5mm 5.0mm 4000 h 结论 按带载，原来设计的5V24V滤波电容值。裕量； 二极管正向平均电流选取： 正向平均电流计算，下面以4倍裕量； ； ； ； 表 5V输出 15V输出 +15V输出 -15V输出 24