很全的开关电源各个元器件--计算/选型（上） / 开普饭

开关电源元器件选型—保险丝

第一个安规元件—保险管

1作用：
安全防护。在电源出现异常时，为了保护核心器件不受到损坏。
2技术参数：
额定电压V、额定电流I、熔断时间I^2RT。
3分类：
快断、慢断、常规

1、0.6为不带功率因数校正的功率因数估值
2、Po输出功率
3、η 效率（设计的评估值）
4、Vinmin 最小的输入电压
5、2为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是理论值的1.5~3倍。
6、0.98 PF值

开关电源元器件选型—热敏电阻

NTC的作用

NTC是以氧化锰等为主要原料制造的精细半导体电子陶瓷元件。电阻值随温度的变化呈现非线性变化，电阻值随温度升高而降低。利用这一特性，在电路的输入端串联一个负温度系数热敏电阻增加线路的阻抗，这样就可以有效的抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流。当电路进入稳态工作时，由于线路中持续工作电流引起的NTC发热，使得电阻器的电阻值变得很小，对线路造成的影响可以完全忽略。

NTC的选择公式

对上面的公式解释如下：

1. Rt 是热敏电阻在T1温度下的阻值；

2. Rn是热敏电阻在Tn常温下的标称阻值；

3. B是材质参数；(常用范围2000K~6000K)

4. exp是以自然数 e 为底的指数（ e =2.{{71828:0}} ）；

5. 这里T1和Tn指的是K度即开尔文温度，K度=273.15(绝对温度)+摄氏度.

开关电源元器件选型—压敏电阻

压敏电阻的作用

1、压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。

2、主要作用：过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等。

3、主要参数有：压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。

4、压敏电阻的响应时间为ns级，比空气放电管快，比TVS管（瞬间抑制二极管）稍慢一些，一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。

选取压敏电阻的方法

压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一般选择标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数。

1、a 为电路电压波动系数，一般取值1.2.

2、Vrms 为交流输入电压有效值。

3、b 为压敏电阻误差，一般取值0.85.

4、C 为元件的老化系数，一般取值0.9.

5、√2 为交流状态下要考虑峰峰值。

6、V1mA 为压敏电阻电压实际取值近似值

7、通流容量，即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下，对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言，压敏电压的变化不超过±10％时的最大脉冲电流值。

选取压敏电阻的方法

结合前面所述，来看一下本电路中压敏电阻的型号所对应的相关参数。

开关电源元器件选型—EMI电路

EMI电路

根据IEC {{60384:0}}-14,安规电容器分为X电容及Y电容:

1. X电容是指跨与L-N之间的电容器,

2. Y电容是指跨与L-G/N-G之间的电容器.

安规电容之--X电容

1、X电容多选用耐纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容。这种类型的电容,体积较大,但其允许瞬间充放电的电流也很大,而其内阻相应较小。

2、X电容容值选取是uF级，此时必须在X电容的两端并联一个安全电阻,用于防止电源线拔插时,由于该电容的充放电过程而致电源线插头长时间带电。安全标准规定,当正在工作之中的机器电源线被拔掉时,在两秒钟内,电源线插头两端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电压的30%。

3、作为安全电容之一的X电容,也要求必须取得安全检测机构的认证。X电容一般都标有安全认证标志和耐压AC250V或AC275V字样,但其真正的直流耐压高达2000V以上,使用的时候不要随意使用标称耐压AC250V或者DC400V之类的的普通电容来代用。

4、X电容主要用来抑制差模干扰

5、安全等级峰值脉冲电压等级（IEC664）

6、X1 >2.5kV ≤4.0kV Ⅲ

7、X2 ≤2.5kV Ⅱ

8、X3 ≤1.2kV ——

9、X电容没有具体的计算公式，前期选择都是依据经验值，后期在实际测试中，根据测试结果做适当的调整。

10、经验：若电路采用两级EMI，则前级选择0.47uF,后级采用0.1uF电容。若为单级EMI，则选择0.47uF电容。（电容的容量大小跟电源功率没有直接关系）

安规电容之--Y电容

1、交流电源输入分为3个端子：火线（L）/零线（N）/地线（G）。在火线和地线之间以及在零线和地线之间并接的电容, 这两个Y电容连接的位置比较关键,必须需要符合相关安全标准, 以防引起电子设备漏电或机壳带电,容易危及人身安全及生命。它们都属于安全电容,从而要求电容值不能偏大,而耐压必须较高。

2、Y电容主要用于抑制共模干扰

3、Y电容的存在使得开关电源有一项漏电流的电性指标。
工作在亚热带的机器,要求对地漏电电流不能超过0.7mA;工作在温带机器,要求对地漏电电流不能超过0.35mA。因此,Y电容的总容量一般都不能超过4700PF（472）。

Y电容的作用及取值经验

Y电容底下又分为Y1, Y2, Y3，Y4, 主要差別在于:

1. Y1耐高压大于8 kV,属于双重绝缘或加强绝缘|额定电压范围≥ 250V

2. Y2耐高压大于5 kV,属于基本绝缘或附加绝缘|额定电压范围≥150V ≤250V

3. Y3耐高压 ≥2.5KV ≤5KV 属于基本绝缘或附加绝缘|额定电压范围≥150V ≤250V

4. Y4耐高压大于2.5 kV属于基本绝缘或附加绝缘|额定电压范围<>
GJB151中规定Y电容的容量应不大于0.1uF。Y电容除符合相应的电网电压耐压外，还要求这种电容器在电气和机械性能方面有足够的安全余量，避免在极端恶劣环境条件下出现击穿短路现象，Y电容的耐压性能对保护人身安全具有重要意义。

共模电感

EMI电路

共模电感的作用

共模电感上，A和B就是共模电感线圈。这两个线圈绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同(绕制方向向反)。这样，当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼)；当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射，达到滤波的目的。

共模电感的设计

第一步：确定客户的规格要求， EMI允许级别

第二步：电感值的确定

第三步： core（磁芯）材质及规格确定

第四步：绕组匝数及线径的确定

第五步：打样

第六步：测试

共模电感的电感量计算

EMI等級 : Fcc Class B

已知条件：C2=C7=3300pF

EMI测试频率：传导150KHz~30MHz。

EMC测试频率: 30MHz~3GHz。

实际的滤波器无法达到理想滤波器那样陡峭的阻抗曲线，通常可将截止频率设定在50KHz左右。在此，假设Fo=50KHz。则以上，得出的是理论要求的电感值，若想获得更低的截止频率，则可进一步加大电感量，截止频率一般不低于10KHz。理论上电感量越高对EMI抑制效果越好，但过高的电感将使截止频率将的更低，而实际的滤波器只能做到一定的带宽，也就使高频杂讯的抑制效果变差（一般开关电源的杂讯成分约为5~10MHz之间）。另外，感量越高，则绕线匝数越多，就要求磁芯的ui值越高，如此将造成低频阻抗增加。此外，匝数的增加使分布电容也随之增大，使高频电流全部经过匝间电容流通，造成电感发热。过高的ui值使磁芯极易饱和，同时在生产上，制作比较困难，成本较高。

共模磁芯的选择

从前述设计要求中可知，共模电感器要不易饱和，如此就需要选择低B-H（磁芯损耗与饱和磁通密度）温度特性的材料，因需要较高的电感量，磁芯的μi值也就要高，同时还必须有较低的磁芯损耗和较高的BS（饱和磁通密度）值，符合上述要求之磁芯材质，目前以铁氧体材质最为合适，磁芯大小在设计时并没有一定的规定，原则上只要符合所需要的电感量，且在允许的低频损耗范围内，所设计的产品体积最小化。
因此，磁芯材质及大小选取应以成本、允许损耗、安装空间等做参考。共模电感常用磁芯的μi约在2000~{{10000:0}}之间。