如何有效防护开关电源输入过压现象_技术

【导读】本文简述了开关电源输入过压的危害，分析了输入过压对电源元器件电压应力的影响，同时给出如何有效防护的措施，推荐使用305全工况AC/DC电源，可较大提升电网波动时电源的可靠性。

一、引言

输入电压过压是电网负载出现了较大的波动而引起的。例如在用电高峰时电压往往偏低，有设备停机时电压往往偏高。国家标准对电压波动等级有如下规定：

电网电压幅值实际变化范围随电网容量的大小、输配电设备质量的好坏、用电量的大小等条件不同而产生很大的差别。在供电较好的城市和工业区，变化范围通常只有±15%（264VAC）左右，超过264VAC电源有可能会损坏，严重时甚至会造成设备跳闸、着火，对人员和财产造成威胁。

而在供电条件下较差的农村和边远地区，或者电网存在负载变化很大设备的场景，如山区、公路隧道，充电桩、发电机供电等场合，变化范围则要大得多，有时甚至能够达到20%~30%（274~299VAC）。

二、输入过压时电源器件电压应力分析

以图2反激开关电源为例，分析当输入电压达305VAC时，根据电压应力情况如何选择合适的元器件。

1. 保险丝F1额定电压选择

保险丝的电压额定值必须大于或者等于断开电路的最大电压。由于保险丝的阻值非常低，只有当保险丝试图熔断时，保险丝的电压额定值才变得重要。当熔丝元件熔化后，保险丝必须能迅速断开，熄灭电弧，并且阻止开路电压通过断开的熔丝元件再次触发电弧。

保险丝常见规格有125V、250V、300V、400V，在应对输入电压波动较大的情况下，选择300V的保险丝。

2. 压敏电阻RV1额定电压选择

在实际应用中，压敏电阻RV1一般并联在电路中，当电路正常工作时，它处于高阻状态，不影响电路正常工作。当电路出现异常瞬时过电压并达到其导通电压（压敏电压）时，压敏电阻迅速由高阻状态变为低阻状态，泄放由异常瞬时过电压导致的瞬时过电流，同时把异常瞬态过压钳制在一个安全水平之内，从而保护后级电路免遭异常瞬时过电压的损坏。

常见的压敏规格如下表：

压敏电阻电压值要大于实际电路中的电压峰值，即连续施加在压敏电阻两端的电源电压，要小于压敏电阻规格书中的“最大连续工作电压值”，如上表，300VAC和385VDC显然不满足长时间305VAC工作，为了防止压敏损坏，在应对输入电压波动较大的情况下，需选择561的压敏电阻。

3. X电容CX1额定电压选择

X2安规电容的额定电压的一般有：275V / 305V / 310V，它们其实是通用的。出现这样的情况，主要是不同国家，不同安规认证要求的额定电压不一样导致的。CQC认证要求的额定电压是310VAC，其它国家要求为：275V、305VAC、310VAC。在应对输入电压波动较大的情况下，选择310V的X电容。

4. 桥堆BD1额定电压选择

在Vin=264VAC时，桥堆二极管最大应力为Vmax1=264×1.414=373V；

在Vin=305VAC时，桥堆二极管最大应力为Vmax2=305×1.414=431V。

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600V以上的整流桥，为了满足更严苛的雷击环境，可以选择1000V的整流桥。

5. 电解电容C1额定电压选择

在Vin=264VAC时，电解电容最大应力为Vcmax1=264×1.414=373V；

在Vin=305VAC时，电解电容最大应力为Vcmax2=305×1.414=431V。

在应对输入电压波动较大的情况下，应选择450V的电解电容。

6. MOS管Q1额定电压选择

MOS管电压应力为

Vmos=VIN+VOR+VPK

其中 VIN 为输入电压，最高输入电压为431V， VOR 为反射电压，一般为：60-120V，与原副边匝比和输出电压成正相关，通过优化设计可以取80V或以下； VPK 为漏感产生的尖峰电压，一般为：100V左右，通过优化漏感和吸收参数可以取80V或以下。

所以MOS管Q1的工作电压应力为：431+120+100=651V，通过优化后MOS管Q1的工作电压应力为：431+80+80=591V，所以考虑到雷击或者305VAC输入的情况下，为了保证MOS管可靠的工作，至少得选取700V以上的MOS管，但也可以通过优化变压器匝比和漏感，选取650V的MOS管。

7. 二极管D1额定电压选择

二极管电压应力为