電磁加熱器電源輸入整流橋和濾波電容的計算與選取
1、電磁加熱器用整流橋的導(dǎo)通時間與選通特性
50Hz交流電壓經(jīng)過全波整流后變成脈動直流電壓u1，再通過輸入濾波電容得到直流高壓U1。在理想情況下，整流橋的導(dǎo)通角本應(yīng)為180°（導(dǎo)通范圍是從0°～180°），但由于濾波電容器C的作用，僅在接近交流峰值電壓處的很短時間內(nèi)，才有輸入電流流經(jīng)過整流橋?qū)充電。50Hz交流電的半周期為10ms，整流橋的導(dǎo)通時間tC≈3ms，其導(dǎo)通角僅為54°（導(dǎo)通范圍是36°～90°）。因此，整流橋?qū)嶋H通過的是窄脈沖電流。橋式整流濾波電路的原理如圖1(a)所示，整流濾波電壓及整流電流的波形分別如圖l(b)和(c)所示。
（1）整流橋的上述特性可等效成對應(yīng)于輸入電壓頻率的占空比大約為30％。
（2）電磁加熱整流二極管的一次導(dǎo)通過程，可視為一個“選通脈沖”，其脈沖重復(fù)頻率就等于交流電網(wǎng)的頻率（50Hz）。
（3）為降低開關(guān)電源中500kHz以下的傳導(dǎo)噪聲，有時用兩只普通硅整流管（例如1N4007）與兩只快恢復(fù)二極管（如FR106）組成整流橋，F(xiàn)Rl06的反向恢復(fù)時間trr≈250ns。
2）電磁加熱整流橋的參數(shù)選擇
隔離式開關(guān)電源一般采用由整流管構(gòu)成的整流橋，亦可直接選用成品整流橋，完成橋式整流。全波橋式整流器簡稱硅整流橋，它是將四只硅整流管接成橋路形式，再用塑料封裝而成的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、使用方便、各整流管的參數(shù)一致性好等優(yōu)點，可廣泛用于開關(guān)電源的整流電路。硅整流橋有4個引出端，其中交流輸入端、直流輸出端各兩個。
硅整流橋的最大整流電流平均值分0.5～40A等多種規(guī)格，最高反向工作電壓有50～1000V等多種規(guī)格。小功率硅整流橋可直接焊在印刷板上，大、中功率硅整流橋則要用螺釘固定，并且需安裝合適的散熱器。
整流橋的主要參數(shù)有反向峰值電壓URM（V），正向壓降UF（V），平均整流電流Id（A），正向峰值浪涌電流IFSM（A），最大反向漏電流IR（μA）。整流橋的反向擊穿電壓URR應(yīng)滿足下式要求：
舉例說明，當(dāng)交流輸入電壓范圍是85～132V時，umax=132V，由式（1）計算出UBR=233.3V，可選耐壓400V的成品整流橋。對于寬范圍輸入交流電壓，umax=265V，同理求得UBR=468.4V，應(yīng)選耐壓600V的成品整流橋。需要指出，假如用4只硅整流管來構(gòu)成整流橋，整流管的耐壓值還應(yīng)進(jìn)一步提高。辟如可選1N4007（1A／1000V）、1N5408（3A／1000V）型塑封整流管。這是因為此類管子的價格低廉，且按照耐壓值“寧高勿低”的原則，能提高整流橋的安全性與可靠性。
設(shè)輸入有效值電流為IRMS，整流橋額定的有效值電流為IBR，應(yīng)當(dāng)使IBR≥2IRMS。計算IRMS的公式如下：
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式中，PO為開關(guān)電源的輸出功率，η為電源效率，umin為交流輸入電壓的最小值，cosφ為開關(guān)電源的功率因數(shù)，允許cosφ=0.5～0.7。由于整流橋?qū)嶋H通過的不是正弦波電流，而是窄脈沖電流（參見圖1），因此整流橋的平均整流電流Id<IRMS，一般可按Id=（0.6～0.7）IRMS來計算IAVG值。
例如，設(shè)計一個7．5V／2A（15W）開關(guān)電源，交流輸入電壓范圍是85～265V，要求η=80％。將Po=15W、η=80％、umin=85V、cosψ=0.7一并代入（2）式得到，IRMS=0.32A，進(jìn)而求出Id=0.65×IRMS=0.21A。實際選用1A／600V的整流橋，以留出一定余量。
輸入濾波電容器容量的選擇
為降低整流濾波器的輸出紋波，輸入濾波電容器的容量CI必須選的合適。令每單位輸出功率（W）所需輸入濾波電容器容量（μF）的比例系數(shù)為k，當(dāng)交流電壓u=85～265V時，應(yīng)取k=（2～3）μF／W；當(dāng)交流電壓u=230V（1±15％）時，應(yīng)取k=1μF／W。輸入濾波電容器容量的選擇方法詳見附表1，Po為開關(guān)電源的輸出功率。
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2）準(zhǔn)確計算輸入濾波電容器容量的方法
輸入濾波電容的容量是開關(guān)電源的一個重要參數(shù)。CI值選得過低，會使UImin值大大降低，而輸入脈動電壓UR卻升高。但CI值取得過高，會增加電容器成本，而且對于提高UImin值和降低脈動電壓的效果并不明顯。下面介紹計算CI準(zhǔn)確值的方法。
設(shè)交流電壓u的最小值為umin。u經(jīng)過橋式整流和CI濾波，在u=umin情況下的輸入電壓波形如圖2所示。該圖是在Po=POM，f=50Hz、整流橋的導(dǎo)通時間tC=3ms、η=80％的情況下繪出的。由圖可見，在直流高壓的最小值UImin上還疊加一個幅度為UR的一次側(cè)脈動電壓，這是CI在充放電過程中形成的。欲獲得CI的準(zhǔn)確值，可按下式進(jìn)行計算：
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舉例說明，在寬范圍電壓輸入時，umin=85V。取UImin=90V，f=50Hz，tC=3ms，假定Po=30W，η=80％，一并帶入（3）式中求出CI=84.2μF，比例系數(shù)CI／PO=84.2μF／30W=2.8μF／W，這恰好在（2～3）μF／W允許的范圍之內(nèi)。
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開關(guān)電源決定一次側(cè)濾波電容，主要影響電源的性能參數(shù)為輸出低頻交流紋波與保持時間。濾波電容越大，電容器上的Vin（min）越高，可以輸出較大功率的電源，但相對價格也提高了。
3）輸入電解電容計算方法（舉例說明）：
A. 因輸出電壓12V輸出電流2A，故輸出功率：
Pout=Vo*Io=12.0V*2A=24W
B. 設(shè)定變壓器的轉(zhuǎn)換效率約為80%，則輸出功率為24W的電源其輸入功率：
Pin=Pout/效率= 24W/80%=30W
C. 因輸入最小交流電壓為90VAC，則其直流輸出電壓為：
Vin=90* √2=127Vdc
故負(fù)載直流電流為：
I=Pin/Vin=30W/127VDC=0.236A
若電源的等級要求較高時，可考慮如下參數(shù)進(jìn)行推算；因輸入最小交流電壓為90VAC，則其最低輸出直流電壓為：
Vin(min)=90*√2 -30(直流紋波電壓)=97Vdc
故最大負(fù)載直流電流為：
IMAX=Pin/Vin（min）=30W/97VAC=0.309A
D. 設(shè)計允許30VPP的直流紋波電壓 ，并且電容要維持電壓的時間為半周期t，即半周期的工頻率交流電壓在約是8ms，
T=1/f=1/60=0.0167S=16.7 ms
則：
C=I*t/V=(0.236*8*10^3)/30≈62uF
62uF在常用電容47-82uF之間，因考慮成本問題，故實際選擇電容量47uF。
E. 因最大輸入交流電壓為264Vac，則最高直流電壓為：
V=264*√2=373VDC
實際選用通用型耐壓400Vdc的電解電容，此電壓等級，電容有95%的裕度。
F. 電容器的承受的紋波電流值決定電容器的溫升，進(jìn)而決定電容器的壽命。（電容器的最大紋波電流值與其體積，材質(zhì)有關(guān)。體積越大散熱越好耐受紋波電流值越高）故在選用電容器要考慮實際紋波電流值＜電容器的最大紋波電流值。
G. 開關(guān)源元器件溫升一般較高，通常選用105℃電容器，在特殊情況無法克服溫升時可選用125℃電容器。
故選用47uF，400v，105℃電解電容器可以滿足要求（在實際使用時還考慮安裝機構(gòu)尺寸，體種大小，散熱環(huán)境好壞等）。
微信關(guān)注