反激式开关电源输出滤波电容器的选择

4.3 滤波电容器的选择4.3.1 滤波电容器额定电压的选择滤波电容器在输入电压220V±20%或输入电压85V~265V （110V －20%~220V ＋20%）时的最高整流输出电压可以达到370V ，因此应选择额定电压为400V 的电解电容器或选择两只额定电压为200V （也可以是250V ）的电解电容器串联使用。

需要注意的是，尽管电解电容器的额定电压有10%左右富裕量，在上述应用场合下，从产品的安全角度考虑是不允许使用额定电压为300V 或350V 的电解电容器。

对于带有功率因数校正的整流滤波电路，当功率因数校正电路输出电压为380V 时可以选择额定电压400V 电解电容器，而功率因数校正电路输出电压高于380V 时则只能选择额定电压为450V 的电解电容器。

4.3.2 滤波电容器电容量的选择滤波电容器，为限制整流滤波输出电压纹波，正确选择电容量是非常重要的。

通常滤波电容器的电容量在输入电压220V±20%时按输出功率选择为：不低于每瓦1μF （即：≥1μF/W ），输入电压85V~265V （110V －20%~220V ＋20%）输入时按输出功率选择为：不低于每瓦（3~4）μF （即：≥（3~4）μF/W ）。

滤波电容器电容量的取值依据为：在220V±20%交流输入及85V~265V 交流输入的最低值时，整流输出电压最低值分别不低于200V 和90V ，在同一输入电压下的整流滤波输出电压分别约为：240V 和115V ，电压差分别为：40V 和25V 。

每半个电源周波（10mS ），整流器导电时间约2mS ，其余8mS 为滤波电容器放电时间，承担向负载提供全部电流，即：UtI C O ∆⋅=（4.3） 220V±20%交流输入时：)10(200025.084086-⨯=⋅⋅=⋅=O O O I mS I mSI C （4.4） O O O O I I U P 200=⋅= （4.5）200O O O O PU P I ==（4.6） )10(6-⨯=O P C )(F （4.7）即：1μF/W85V~265V 交流输入时：)10(32004.082586-⨯=⋅⋅=⋅=O O O I mS I mSI C （4.8） O O O O I I U P 90=⋅= （4.9）90O O O O PU P I ==（4.10） )10(6.36-⨯=O P C )(F （4.11）即：3.6μF/W每半个电源周波（10mS ），整流器导电时间约3mS ，其余7mS 为滤波电容器放电时间，承担向负载提供全部电流，则：滤波电容器容量为：0.88μF/W 和3.15μF/W 。

开关电源电容选择计算方法开关电源的寿命很大程度受到电解电容的制约，而电解电容的寿命取决于其内核温升。

本文从纹波电流计算、纹波电流实测、电解电容选型、温度测试方法、寿命估算等方面，对电解电容作了全面的分析。

纹波电流产生的热量引起电容的内部温升，加速电解液的蒸发，当容值下降20%或损耗角增大为初始值的2~3倍时，预示着电解电容寿命的终结。

通过检查电容器上的纹波电流，可预测电容器的寿命。

本文以连续工作模式的反激变换器输出电容分析为例，重点从纹波电流角度全面分析电解电容的选型与寿命。

1、纹波电流计算假设已知连续工作模式的反激变换器，其输出电流Io 为1.25A，纹波率r为1.1，占空比D为0.62，开关频率为60kHz，由此可以计算次级纹波电流ΔIo和有效值电流Io.rms。

次级纹波电流ΔIo：有效值电流Io.rms：最终得到流过输出电容的纹波电流：图1直观的显示了该电容的纹波电流波形：图1 纹波电流波形2、电解电容选型由上述计算分析得到流过电容的纹波电流为1.72A，综合考虑体积和成本，选择了纹波电流为1.655A的电解电容。

该纹波电流需在电源开关频率下选择，如下列图某厂家电容手册的纹波电流有频率因子，不同频率下的纹波电流不同。

高频低阻电容均会给出100kHz下的纹波电流，本设计开关频率为60kHz，频率因子为0.96~1之间，在此取1即可。

图2 电容纹波电流频率因子注：纹波电流还有一个温度系数，例如105℃电容，在85℃环境温度下，允许的最大纹波电流约为额定最大纹波电流的1.73倍，该参数一般不在电容手册中表达。

3、纹波电流实测测试电解电容纹波电流时，需将电容引脚穿入电流探头中，通过示波器可读得交流有效值。

本设计实例的纹波电流测试结果如图3所示，示波器读得有效纹波电流为1.64A，与理论设计接近。

因此理论计算具有较大的工程指导意义。

图3 实测电容纹波电流4、温度测试方法测量容体表面温度Ts：需在电容器侧面的中间位置开展，如果由于外部影响导致电容器表面温度不均匀、不稳定，需综合测量电容器表面4个点的温度，再取平均值。

开关电源中各类电容的正确选择方法深圳市森树强电子科技有限公司电容可用来减少纹波并吸收开关稳压器产生的噪声，它还可以用于后级稳压，提高设备的稳定性和瞬态响应能力。

电源输出中不应出现任何纹波噪声或残留抖动。

这些电路常采用钽电容来降低纹波，但钽电容有可能受到开关稳压器的噪声影响而产生不安全的瞬变现象。

为保证可靠工作，必须降低钽电容的额定电压。

例如，额定值为10uF/35V的D型钽电容，工作电压应降低到17V，如果用在电源输入端过滤纹波，额定35V钽电容可在高达17V的电压导轨上可靠地工作。

高压电源总线系统一般很难达到额定电压降低50%的指标。

这种情况限制了钽电容用于电压导轨大于28V的应用。

目前，由于钽电容需要被降额使用，高压滤波应用唯一可行的办法是采用体积较大且带引线的电解电容，而不是钽电容。

大电容是退耦电容，即相当于给下级IC提供了一个电荷水池，大电容电压不突变，所以，如果下级IC的IO口转换剧烈，需要大电流时，从退耦电容中提取电流，不会拉低开关电源电压，从这个意义讲，大电容免除下级IC对电源的影响。

小电容是作用正好相反，是滤波电容，即电源电压通过整形滤波之后出来的电压仍不可避免的有各次波谐波分量，即有交流分量，所以小电容是免除电压波动对下级IC的影响的。

1、EMI滤波电容的选择能滤除电网线之间的串模干扰的电容器，称作“X电容”（一般选择X2，常用容量范围是1nF~1uF，并联在电网之间）能滤除由一次绕组、二次绕组耦合电容产生的共模干扰电容器，称作“Y 电容”，一端接一次侧直流高压，另一端接二次侧公共端（用于滤除10~200MHz 频段的高频干扰，因此需要用短引线连接，常用容量范围是1~2.2nF 耐压值一般不低于1.5kV）2、旁路电容和去耦电容去耦电容在集成电路的电源和地之间有两个作用：2.1、旁路掉该器件的高频噪声。

（数字电路中典型的去耦电容值是0.1uF，最好不用电解电容，去耦电容的选用经验算法：C=1/F,即10MHz 取0.1uF，100MHz 取0.01uF）在电子电路中，旁路电容和去耦电容都是起到抗干扰的作用，因为电容处的位置不一样，称呼也就不一样了。

开关电源中滤波电容的选择方式、计算公式和注意事项
滤波电容在开关电源中非常重要，但是如何选择和使用滤波电容，特别是输出滤波电容的选择和使用特别关键。

开关电源中滤波电容的选择：
1. 一般情况下，滤波电容耐压越高越安全，但是意味着体积也就越大，同体积的话，耐压越高容量就越小。

所以，考虑实际情况发热话，滤波电容的耐压一般选取大于工作电压1.5倍左右就行。

2. 滤波电容的容量根据电源输出的电流大小，选择相应容量的电容。

理论上也是容量越大越好，但是实际上也不是这么回事(物极必反吧)。

a、电容容量越大，体积也就越大，开机冲击电流和冲击电压会很大，电源的待机功耗也就增加，
3. 开关电源波形更尖锐，对电容的容量要求要大些。

4. 滤波电容的通用选取原则是:C≥2.5T/R，其中: C为滤波电容,单位为UF; T为频率, 单位为Hz，R为负载电阻,单位为Ω；(这只是一般的选用原则,在实际的应用中,如条件(空间和成本)允许,都选取C≥5T/R)
5. 现在有很多计算人员的做法是将一大一小两个电容并联，小电容滤高频波，大电容滤低配，大小电容一般要求相差两个数量级以上，这样的话可以获得更大的滤波效果。

6. 滤波电源一般为电解电容，比如说铝电解电容和钽电解电容，要求高的可选择钽电解电容。

开关电源输出整流滤波电容器选择前言开关电源的输出整流滤波电容器的作用主要是通过利用滤波电容器吸收开关频率及其高次谐波频率的电流分量而滤除其纹波电压分量。

也就是说是利用电容器的低阻抗而将交流电流分量的绝大部分，更希望是全部分流到滤波电容器上，使输出电流没有或非常小的交流电流分量。

无论正激式开关电源工作输出的矩形波电流，还是反激式开关电源的锯齿波电流，均含有极其丰富的高次谐波电压与电流。

这些高次谐波电流是不允许作为输出电流成分流入负载，需要采用高频阻抗低的电容器对其分流短路。

这要求滤波电容器应具有很好的阻抗频率特性，这与工频整流滤波对电容器要求大电容量的要求有所不同的（工频整流滤波很容易滤除工频的高次谐波，即使是40次也不过才2000Hz，一般电解电容器很容易实现）。

因此开关电源的输出整流滤波电容器即使选用铝电解电容器也应首选低ESR的铝电解电容器，而绝不能随意到电子市场抓到什么样的铝电解电容器（只要电压、电容量满足要求）均可。

这样作的结果将是电源的输出纹波电压过高，特别是峰-峰值电压过高。

1．输出滤波电容器对输出纹波电流的旁路作用输出整流滤波电容器的任务主要是旁路开关电源输出的高频交流纹波电流分量，相当于电源的交流等效电路中旁路电容器与负载分享纹波电流，如图1。

图1 旁路电容器与负载分享纹波电流的交流等效电路图中，电流源等效为开关电源的逆变器部分产生的交流纹波电流。

在高频段，输出整流滤波电容器的容抗已经小于电容器的ESR，电容器的容抗可以忽略，这时的纹波电流只剩下旁路电容器的ESR与负载分担。

很显然，如果旁路电容器的ESR比较大就会变成负载与旁路电容器的ESR分享纹波电流，这样，旁路电容器的分流效果将大打折扣，影响旁路效果。

所以除了对电容量的要求外，还希望旁路电容器的ESR越小越好。

2．不同电路拓扑要求不同输出滤波特性（1）正激式开关电源要求的输出滤波特性输出滤波电解电容器的性能直接影响开关电源的性能，那么开关电源的电路拓扑和电路设计的合理性是否反过来也影响输出滤波电容器的工作和寿命？结论是肯定的。

单端反激式开关电源磁芯尺寸和类型的选择单端反激式开关电源磁芯尺寸和类型的选择A、InternationalRectifier公司--56KHz输出功率推荐磁芯型号0---10WEFD15SEF16EF16EPC17EE19EF(D)20EPC25EF(D)2510-20WEE19EPC19EF(D)20EE,EI22EF(D)25EPC2520-30WEI25EF(D)25EPC25EPC30EF(D)30ETD29EER28(L)30-50WEI28EER28(L)ETD29EF(D)30EER3550-70W EER28LETD34EER35ETD3970-100WETD34EER35ETD39EER40E21摘自InternationalRectifier,AN1018-“应用IRIS40xx系列单片集成开关IC开关电源的反激式变压器设计”B、ELYTONE公司型号输出功率（W）<5 5-10 10-20 20-50 50-100 100-200200-500 500-1KEI EI12.5 EI16 EI19 EI25 EI40 EI50EI60 --EE EE13 EE16 EE19 EE25 EE40 EE42 EE55 EE65EF EF12.6 EF16 EF20 EF25 EF30 EF32 -- --EFD -- EFD12 EFD15 EFD20 EFD25 EFD30 ----EPC -- EPC13 EPC17 EPC19 EPC25 EPC30 ----EER EER9.5 EER11 EER14.5 EER28 EER35 EER42 EER49 --ETD -- -- ETD29 ETD34 ETD44 ETD49 ETD54--EP EP10 EP13 EP17 EP20 -- ---- --RM RM4 RM5 RM6 RM10 RM12 RM14 ----POT POT1107 POT1408 POT1811 POT2213POT3019 POT3622 POT4229 --PQ -- -- -- PQ2016 PQ2625 PQ3230PQ3535 PQ4040EC -- -- -- -- --EC35 EC41 EC70摘自PowerTransformers OFF-LINE Switch ModeAPPLICATION NOTES"Converter circuitas a function of S.M.P.S. output voltage (Vo) and output power (Po)"C、Fairchild Semiconductor公司--67KHzOutput Power EIcore EE core EPC core EER core0-10W EI12.5 EE8 EPC10EI16 EE10 EPC13EI19 EE13 EPC17EE1610-20W EI22 EE19 EPC1920-30W EI25 EE22 EPC25 EER25.530-50W EI28 EE25 EPC30 EER28EI3050-70W EI35 EE30 EER28L70-100W EI40 EE35 EER35100-150W EI50 EE40 EER40EER42150-200W EI60 EE50 EER49EE60The core quickselection table For universal input range, fs=67kHz and 12V singleoutput 摘自：Application Note AN4140Transformer Design Consideration for off-lineFlybackTMConverters using Fairchild Power Switch (FPS)D、单端反激式变压器磁芯的选择公式Ve =5555 * P / f式中：Ve——为磁芯的体积：Ve=Ae*Le；单位为：毫米立方；P——为输入功率；单位为：瓦；f——为开关频率；单位为：千赫兹；本公式假设：Bm=0.3T,Lg/Le=0.5%=气隙长度/磁芯等效长度；如果Lg/Le=气隙长度/磁芯等效长度=1%时，又如何计算呢？（请考虑）输出功率、磁芯截面积和开关频率决定气隙，因为在反激式开关电源中气隙的体积大小决定储能的多少，频率决定能量传输的快慢；如：EI25Ve=2050mm³，Ae=42平方毫米，Le=49.4mm；f=40KHz；η=0.75；Lg= 0.005*49.4 = 0.247mm ---气隙长度Pin =Ve*F/5555 = 2050*40/5555 = 14.76W；Pout =η*Pin= 0.75 * 14.76 = 11.07W;若：f=100KHz 则：Pout = 11.07W *(100/40) = 27.675W;反激式开关电源设计的思考一字体大小：大 | 中 | 小 2007-03-01 11:00 - 阅读：4593 - 评论：3反激式开关电源设计的思考一王佰营徐丽红对一般变压器而言，原边绕组的电流由两部分组成，一部分是负载电流分量，它的大小与副边负载有关；当副边电流加大时，原边负载电流分量也增加，以抵消副边电流的作用。

经过整流桥以后的是脉动直流，波动范围很大。

后面一般用大小两个电容大电容用来稳定输出，众所周知电容两端电压不能突变，因此可以使输出平滑小电容是用来滤除高频干扰的，使输出电压纯净电容越小，谐振频率越高，可滤除的干扰频率越高容量选择：（1）大电容,负载越重，吸收电流的能力越强，这个大电容的容量就要越大（2）小电容，凭经验，一般104即可2.别人的经验（来自互联网）1、电容对地滤波，需要一个较小的电容并联对地，对高频信号提供了一个对地通路。

2、电源滤波中电容对地脚要尽可能靠近地。

3、理论上说电源滤波用电容越大越好，一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。

4、可靠的做法是将一大一小两个电容并联,一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段.具体案例: AC220-9V再经过全桥整流后，需加的滤波电容是多大的？再经78LM05后需加的电容又是多大？前者电容耐压应大于15V，电容容量应大于2000微发以上。

后者电容耐压应大于9V，容量应大于220微发以上。

2.有一电容滤波的单相桥式整流电路，输出电压为24V，电流为500mA，要求：（1）选择整流二极管；（2）选择滤波电容；（3）另：电容滤波是降压还是增压？（1）因为桥式是全波，所以每个二极管电流只要达到负载电流的一半就行了，所以二极管最大电流要大于250mA；电容滤波式桥式整流的输出电压等于输入交流电压有效值的1.2倍，所以你的电路输入的交流电压有效值应是20V，而二极管承受的最大反压是这个电压的根号2倍，所以，二极管耐压应大于28.2V。

（2）选取滤波电容：1、电压大于28.2V；2、求C的大小：公式RC≥（3--5）×0.1秒，本题中R=24V/0.5A=48欧所以可得出C≥（0.00625--0.0104）F，即C的值应大于6250μF。

（3）电容滤波是升高电压。

滤波电容的选用原则在电源设计中,滤波电容的选取原则是: C≥2.5T/R其中: C为滤波电容,单位为UF;T为频率, 单位为HzR为负载电阻,单位为Ω当然,这只是一般的选用原则,在实际的应用中,如条件(空间和成本)允许,都选取C≥5T/R.3.滤波电容的大小的选取PCB制版电容选择印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用RC吸收电路来吸收放电电流。

供电模块电路器件选型交流输入保险线选型：耐压：有效值220V 。

选一定裕量，有效值300V 左右就行。

电流：由功率来选。

我们的开关电源，最大输出20W 。

电流选的裕量大一些。

我们按40W 算。

AU P I18.022040===。

这是电流有效值，保险线再选大些，选到0.5到1A 均可，这里选1A 。

直流输入保险线选型：耐压：直流最大输入为650V 。

选800V 到1000V ，都可以。

我们这里对于耐压的裕量选的大一些。

选1000V 。

电流：开关电源最大输出功率20W ，按40W 选。

在最小直流电压，最大功率输出时，产生最大电流。

有A VW I 267.015040max ==。

加上裕量，我们选1A 的。

交流输入滤波X 安规电容：耐压：接在交流侧220的输入，耐压选个250到275V 就可以。

一定要选安规电容，不能用别的电容代替。

容值：这里只是用来滤波，消除电磁干扰。

容值选个小一点的就可以。

不用考虑太多。

这里定为：MKP X2 104的。

（一般电容容值的确定考虑如下：1.与附近电感配合，要求去增益和滤波的，或算个截止频率的一起选。

2.没有要求就考虑寄生电感和漏电流的要求。

）交流侧共模电感器耐压：共模电感接入电路中相当于一个导线，耐压一般没有问题。

查资料大概看了看。

都在DC1500V 以上。

最大电流：也就是额定电流。

算出这里会流过的最大电流AVW I 18.022040max ==。

选一定的裕量，我们这里选择额定电流一定要大于0.5A 的电感。

电感量：没有太多时间从理论上计算到底选多大的电感。

一般在共模电感的型号中选。

在满足电流的基础上。

选一个大一点电感，这样效果会更明显些。

这里选15mH ，额定电流为3A 。

型号：CMI15mH/3AY/H25。

整流二极管220V 交流输入二极管不控整流，是十分常用的。

这里的二极管也常用。

耐压：最高电压要到311V 以上。

为了安全，一般耐压选择会大一些。

这里为了与直流侧的型号统一，一起选择。

目录一、目的 (3)二、内容 (3)一．主电路工作原理及设计 (5)单端反激变换器工作原理 (5)单端反激变换器的工作模式及基本关系 (5)电流连续时反激式变换器的基本关系 (5)电流临界连续时反激式变换器的基本关系 (7)电流断续时反激式变换器的基本关系 (8)RCD吸收电路工作原理及设计 (8)RCD吸收电路工作原理 (8)RCD电路参数设计 (9)变压器设计 (9)确定匝比 (9)电感设计 (10)磁芯选择 (11)匝数设计 (11)气隙设计 (12)主电路器件的选择 (12)功率开关管的选择 (12)副边整流二极管的选择 (13)输出滤波电容的选取 (13)钳位电路设计 (13)二．控制电路工作原理及设计 (13)电流控制技术原理 (13)电流控制型脉宽调制器UC3845 (14)UC3845内部方框图 (14)UC3845功能介绍 (15)基于UC3845的控制电路设计 (16)开关频率计算 (16)保护电路设计 (17)三．反馈电路工作原理及设计 (17)反馈电路工作原理 (18)反馈电路设计 (18)稳压器TL431 (18)光电耦合器 (19)参数选择 (20)四．仿真验证 (21)五．总结 (26)直流隔离电源变换器设计一、目的1．熟悉逆变电路和整流电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。

2．熟悉专用PWM控制芯片工作原理及探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。

3．探究POWER MOSFET 驱动电路的特性并进行设计和优化。

4．探究隔离电源的特点，及隔离变压器的特性。

二、内容设计基于脉冲变压器的DC-AC-DC变换器，指标参数如下：输入电压：90V~135V；输出电压：12V，纹波<1%；输出功率：50W；开关频率：30kHz；输出电流范围：20%至满载；具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路；具有隔离功能；进行变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试。