### 开关电源设计之输入整流滤波器及钳位保护电路
#### 一、整流桥的选择
##### 1. 整流桥的导通时间与选通特性
整流桥作为开关电源中的关键部件之一，其工作原理是利用二极管的单向导电特性来实现交流到直流的转换。当50Hz交流电压经过全波整流后变为脉动直流电压\( u_1 \)，再通过输入滤波电容得到直流高压\( U_1 \)。理论上，整流桥的导通角应为180°（即从0°～180°），但在实际应用中，由于滤波电容器\( C \)的存在，只有在接近交流峰值电压处的短时间里，才会有输入电流流经整流桥对电容\( C \)充电。具体来说：
- 在50Hz交流电的半周期内（10ms），整流桥的实际导通时间\( t_C \)约为3ms，因此导通角只有54°（导通范围从36°～90°）。
这意味着整流桥实际上通过的是窄脉冲电流。这种特性可以等效为输入电压频率下的占空比大约为30%。
##### 2. 整流桥的参数选择
在选择整流桥时，需要考虑以下主要参数：
- **反向峰值电压\( U_{RM} \)**：整流桥能够承受的最大反向电压。
- **正向压降\( U_F \)**：整流桥正向导通时的电压降。
- **平均整流电流\( I_D \)**：整流桥能够连续承载的最大直流电流。
- **正向峰值浪涌电流\( I_{FSM} \)**：整流桥能够承受的最大瞬态正向电流。
- **最大反向漏电流\( I_R \)**：整流桥反向偏置时的最大漏电流。
为了确保整流桥的安全性和可靠性，整流桥的反向击穿电压\( U_{RR} \)应该满足特定条件。例如，当交流输入电压范围为85～132V时，最大交流电压\( u_{max} = 132V \)，根据计算得到的反向击穿电压\( U_{BR} = 233.3V \)，因此可以选择耐压400V的成品整流桥。如果输入电压范围更宽（如85～265V），则\( u_{max} = 265V \)，此时\( U_{BR} = 468.4V \)，应选择耐压600V的整流桥。
#### 二、输入滤波电容器的选择
##### 1. 输入滤波电容器容量的选择
输入滤波电容器\( C_I \)的容量直接影响到整流滤波器的输出纹波大小。通常情况下，当交流电压\( u \)的范围为85～265V时，每单位输出功率所需的输入滤波电容器容量的比例系数\( k \)为(2～3)μF/W；当交流电压\( u \)为230V（±15%）时，比例系数\( k \)为1μF/W。
##### 2. 准确计算输入滤波电容器容量的方法
为了精确计算输入滤波电容器\( C_I \)的容量，可以使用以下步骤：
- 设定交流电压\( u \)的最小值\( u_{min} \)。
- 计算在\( u = u_{min} \)情况下的输入电压波形。
- 通过观察输入电压波形，可以发现直流高压的最小值\( U_{Imin} \)上叠加了一个幅度为\( U_R \)的一次侧脉动电压。
- 使用公式计算\( C_I \)的准确值。
例如，当宽范围电压输入时，\( u_{min} = 85V \)，设定\( U_{Imin} = 90V \)，频率\( f = 50Hz \)，整流桥的导通时间\( t_C = 3ms \)，假设输出功率\( P_O = 30W \)，效率\( η = 80\% \)，则计算得到\( C_I = 84.2μF \)，比例系数\( C_I/P_O = 2.8 \)μF/W。
整流桥的选择与输入滤波电容器的计算是开关电源设计中的重要环节，合理选择这些参数可以有效提高电源的性能和稳定性。
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