【电子冷知识】开关电源“关键元器件”的电压应力分析！
【实用】开关电源“关键元器件”的电压应力分析！
开关电源原理简图
下图是开关电源的原理简图，以反激为例！
设定一下主要参数如下：
输入电压：vin=ac176-264v
输出电压：vout=12v
vcc电压：vcc=15v
变压器匝比：n
下面对上述图片中的各个元器件进行应力计算。
1、整流桥br1
整流桥如上图体内由4个二极管构成：d1，d2，d3，d4
应最恶劣的情况下是在输入电压最高的时候，即，vin=264vac
所以c1上两端的电压373v。
输入电压波形如下图
当输入电压处于正半周时，br1体内二极管d1和d4导通不承受高电压，d2和d3截止承受的高电压，d2电压应力为b点电位减去c点电位，d3电压应力为a点电位减去d点电位。
正半周a、b、c、d点的电位相对于大电容地分别为：373v、373v、0v、0v
d2应力=b-c=373v-0v=373v
d3应力=a-d=373v-0v=373v
输入电压进入负半周时同理可得d1和d4的应力为373v。
即整流桥br1的工作应力为373v
由于开关电源需要做雷击浪涌试验，所以一般整流桥都选择1000v的整流桥。
2、输入大电容c1
c1上的电压应力为输入最高电压264v交流电压整流后的电压。
所以c1的工作电压应力为：
264×1.414=373v
所以输入电解电容c1一般选择耐压值为400v的电容。
3.开关mos管q1
当开关mos管q1开通时，q1不承受大电压。
当开关mos管q1管关时，q1承受大电压应力。
mos管电压应力为：最高输入电压+反射电压+漏感产生的尖峰电压。
反射电压一般为：60-120v
最高输入电压：373v
漏感尖峰电压一般为：100左右
所以反激开关电压开关管q1的工作电压应力为：373+120+100=593v左右
留一定的余量一般选650v左右的mos管
4.钳位电路d1、r1、c2
当q1关断时，钳位二极管d1导通，向c2充电，c2两端的充电电压为np两端的电压为：
反射电压+尖峰电压
假设反射电压为：120v
尖峰电压为：100v
则c2两端的电压为220v，上负下正。
c2下方的电位为：373+220=593v
c2下方宇d1负极相连，相当于d1负极的电位也为593v左右，并且c2电容上电压不能突变，所以d1负极电位相对文档在593v左右。
当q1导通时，d1正极的电位此时为0v。
所以d1的应力为负极电位减去正极电位为：593v
c2上方的电位为373v的恒定值
所以c2的电压应力为：593-373=220v左右
r1和c2为并联，所以r1电压应力为220v左右
5、vcc整流二极管d2
vcc电压为15v，反射电压若为120v时，原边主绕组与vcc绕组的匝比为120÷15=8.
当q1关断时，d2是导通的，此时d2不承受大电压就一个二极管压降。
当q1导通时，d2正极的电位为为负，数值为-（373÷8）=-46.625v。此时d2承受的电压应力为15-46.625=61.625
所以vcc整流二极管d2的应力大概为：62v左右。
留些余量一般d2选耐压值为100v左右的二极管。
6、输出整流二极管及电容d3、c3
输出电压为12v，反射电压若为120v时，原边主绕组与输出绕组的匝比为120÷12=10.
当q1关断时，d3是导通的，此时d3不承受大电压就一个二极管压降。
当q1导通时，d3正极的电位为为负，数值为-（373÷10）=-37.3v。此时d2承受的电压应力为15-37.3=52.3
所以vcc整流二极管d3的应力大概为：52v左右。
留些余量一般d3选耐压值为60v左右的二极管。
c3上的电压为恒定的12v。
c3的电压应力为12v，一般选16v左右的电压。
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输出电压：vout=12v
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变压器匝比：n
下面对上述图片中的各个元器件进行应力计算。
1、整流桥br1
整流桥如上图体内由4个二极管构成：d1，d2，d3，d4
应最恶劣的情况下是在输入电压最高的时候，即，vin=264vac
所以c1上两端的电压373v。
输入电压波形如下图
当输入电压处于正半周时，br1体内二极管d1和d4导通不承受高电压，d2和d3截止承受的高电压，d2电压应力为b点电位减去c点电位，d3电压应力为a点电位减去d点电位。
正半周a、b、c、d点的电位相对于大电容地分别为：373v、373v、0v、0v
d2应力=b-c=373v-0v=373v
d3应力=a-d=373v-0v=373v
输入电压进入负半周时同理可得d1和d4的应力为373v。
即整流桥br1的工作应力为373v
由于开关电源需要做雷击浪涌试验，所以一般整流桥都选择1000v的整流桥。
2、输入大电容c1
c1上的电压应力为输入最高电压264v交流电压整流后的电压。
所以c1的工作电压应力为：
264×1.414=373v
所以输入电解电容c1一般选择耐压值为400v的电容。
3.开关mos管q1
当开关mos管q1开通时，q1不承受大电压。
当开关mos管q1管关时，q1承受大电压应力。
mos管电压应力为：最高输入电压+反射电压+漏感产生的尖峰电压。
反射电压一般为：60-120v
最高输入电压：373v
漏感尖峰电压一般为：100左右
所以反激开关电压开关管q1的工作电压应力为：373+120+100=593v左右
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反射电压+尖峰电压
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尖峰电压为：100v
则c2两端的电压为220v，上负下正。
c2下方的电位为：373+220=593v
c2下方宇d1负极相连，相当于d1负极的电位也为593v左右，并且c2电容上电压不能突变，所以d1负极电位相对文档在593v左右。
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所以c2的电压应力为：593-373=220v左右
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