最全图解!带你清晰认识开关电源电路(防护、整流、滤波)元器件

原创 阿昆谈DFM 2024-12-07 00:00

        之前和大家分享了一下AC-DC开关电源的前级部分电路(包手在防雷、电磁干扰EMI抑制、整流、滤波)。

不同的开关电源前级部分原理电路是基本一样的。

   当对电路前级电路原理有了一个初步了解后, 这次主要是和大家一起来认识一下具体用的元器件,以便对前级电路有个更好的理解。

以下面开关电源为例

一、保险丝

保险丝一般是串在火线L中

这是最常见的保险器件,当输入有出现长时间的浪涌、大电流、短路就会把它烧断,起到一个保护后级进一步被损伤的作用。一般图中用符号F表示保险丝

这种一次性保险丝一般是玻璃外壳,为防止保护中的突然炸开伤到人或产生碎片,外面一般也会用一个黑色类似热缩管套套住。

另外在开关电源中另一种塑封的方形的保险丝也是比较常见。

这烧坏的方形保险丝。

二、热敏电阻

热敏电阻也是串在火线或零线中,也有为了节省成本不使用。它主要是用来对输入电压的浪涌进行保护。

在开关电源的输入端,通常使用的是负温度系数(NTC)热敏电阻,而不是正温度系数(PTC)热敏电阻。NTC热敏电阻主要用于抑制启动时的浪涌电流,保护电路免受过电流冲击。

启动时的高阻抗:当开关电源刚接通电源时,输入电容会瞬间充电,产生较大的浪涌电流。NTC热敏电阻在冷态时具有较高的阻值,能够有效限制这一瞬态电流。

随温度升高阻值降低:随着电流通过NTC热敏电阻,其自身发热,温度升高,导致电阻迅速下降。这样,在正常工作状态下,NTC热敏电阻对电流的影响很小,几乎不影响电源效率。

三、压敏电阻

压敏电阻的作用就是防雷。

当有雷击,产生高压经电网导入电源,当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时,其阻值降低,

使高压能量消耗在压敏电阻上,这样防止高电压导入后级。

实际工程应用中,这个压敏电阻一般是接在最前面(F1处),以便最早接受雷击防护。

如上图一个典型接法。

由 MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路

四、安规电容(X和Y电容)

     开关电源中会有大量噪声(共模噪声和有差模噪声),处理不当就会通过电网传出去,如果同一电网下多个设备工作,且抗干扰能力较差,设备就会工作异常。同时也要避免市电电源线上传来的噪声干扰设备本身。

    安规电容也称为X电容和Y电容,是一种专门用于抑制电磁干扰(EMI)的电容器,并且设计时考虑了安全标准的要求。以防止高频噪声传导到电网或从电网传导进来给设备带来干扰,同时确保在故障情况下不会对用户造成危害。

X电容

X电容是直接并接在火线和零线之间。一般情况用一个较多,要求高的,会用2个X电容,一个并接在共模电感前 ,一个并接在共模电感后。

它的作用是消除电源线中的差模噪声(同一根电线中的电流方向相反的干扰信号)。因为差模噪声在零线和火线间的变化不同而被电容旁路了。

一些高质量的电源,对EMI要求非常高的话,会用2个X电容。

安规电容必须符合严格的安全标准,以确保其在故障条件下的安全性。常见的国际标准包括:

•IEC 60384-14:适用于X类和Y类电容器的安全规范。

•EN 132400:欧洲标准,规定了X类和Y类电容器的安全要求。

•UL 1414/1414A 和 UL 1283:美国标准,规定了X类和Y类电容器的安全要求。

Y电容

Y电容一般是分别对地接在零线和火线上,所以一般有2个。

它的作用是滤除输入电源线中的共模噪声(即在两根电线中电流方向相同的干扰信号)

因为共模噪声中零线和火线间的变化相同,经过X电容时没有影响,但经过Y电容时就直接旁路到大地上了,从而消除共模噪声。

当然也有的产品因为低成本及应用场景没这么严格,没有Y电容。

五、共模电感

消除电源线中的共模噪声,除了前面说到的2个Y电容,还有另一种就是在电源线上安装共模电感来抑制共模噪声。

实际工程中使用都会把共模电感和安规电容X电容Y电容一起配合着使用共同来抑制共模噪声和差模噪声。

共模电感可以理解成是2个电感组成形式共有4个脚。

上图是EMI抑制的一个较完整的典型电路。

其中共模电感后面串的2个Ld1和Ld2是用来抑制差模噪声的普通电感(作用同X电容),实际中很多电源因为有了一个X电容,后面也没有再加那2个电感。

高端质量要求高的电源就会加上去。

六、整流二极管

整流二极管的作用是将220V交流电变成一个直流电,基本都是采用四个二极管组成的全桥整流方式进行。

这是一体式的桥堆,内部就是4个二极管组成和独立的一样。

对二极管的要求就是要求是高耐压,大电流(和电源功率有关)

七、滤波电容

这个最好认,接在整流二极管边上,也是整个板上最大的那个电解电容就是这个输入滤波电容了。

因为220V经过整流后再滤波,这个时候的电压已经有310V左右(所以看到这个电容千万不要用手摸,不然你会终身难忘),这个电容耐压普遍选择是在400V。

它的作用很简单了,就是常见的交流电压整流后进行滤波,让直流电压可以更平滑。

这个电容的容量普遍在22uF--100uF左右,这个也和电源功率有一定关系。但是耐压和容量肯定越大越好!

要求再高点会用耐压更高的450V耐压电容。

这个高质量的电源除了EMI电磁干扰抑制做的好,这个大电容也是用的450V耐压,100uF容量。

这个电容的容量普遍在22uF--100uF左右,这个也和电源功率有一定关系。但是耐压和容量肯定越大越好!

八、其它

8.1放电电阻

主要是给安规电容放电,因为安规电容断电后,上面会有220V的高压,如果不释放可能会顺着电源线传在裸露插头上,人碰到会有触电危险,这些能量可以通过并接的电阻释放,确保一个安全。

通常加多个电阻又串又并是提升电阻的功率,防止损坏。电容间用来的放电的电阻值一般在500K以上至M欧级别。

有些低端电源板为了省成本,或安规电容的容量用的小,也可能不焊。

8.2高频滤波电容

有些开关电源会在高压电解电容附近加一个小容量10nF的瓷片电容,主要是滤高频噪声用。


到这里,开关电源前级EMI、防护、整流、滤波的元件介绍基本介绍完了,相信你肯定学习到了很多!

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带你简单认识理解开关电源AC-DC和DC-DC

图片带你了解开关电源电路-前级部分(防护、整流、滤波)

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