当开关电源输入过压，如何防护？
当开关电源输入过压，如何防护？
开关电源在输入电压过压时可能会出现元器件失效的问题，这不仅影响电源的正常工作，还可能对整个设备造成损害。本文将从输入电压过压的原因入手，分析电源中各元器件的电压应力情况，并提出相应的防护解决方案。
输入电压过压原因
在户外或有大型电动机等设备的应用场合中，开关电源可能会出现无输出的情况。拆解电源后发现，压敏电阻、大电解电容甚至主功率MOS管都可能因过压而失效。
1.1 输入电网电压波动
电网电压波动是导致输入电压过压的主要原因之一。在用电高峰或有大型负载启停的场合，电网电压可能会出现较大波动。国家标准对电网电压波动等级有明确规定：
- 在供电较好的城市和工业区，电网电压变化范围通常为±10%（对于220VAC电网，波动上限为264VAC）。
- 在供电条件较差的农村和边远地区，电压变化范围可能达到20%
30%（274299VAC）。
恶劣工况下的电网电压波形如下图所示：
1.2 电网中存在感应高压电压尖峰
户外设备在雷雨天气时，电网中可能会感应到雷电高压尖峰电压。这种尖峰电压会叠加到220VAC输入电压中，导致电源内部元器件过压损坏。最严重的情况是雷电直接击中电网电线，导致电网电压瞬间上升到电源和设备无法承受的值。
输入过压时电源的元器件电压应力分析
以反激拓扑原理为例，分析电源中的元器件在输入过压时的应力情况。
2.1 保险丝F1额定电压选择
保险丝的额定电压指的是熔断后其两端能够承受的最高电压。对于输入电压最高为264VAC的开关电源，在输入电压波动较大的情况下，选择300VAC额定电压值的保险丝可以提高电源的可靠性。
2.2 压敏电阻RV1额定电压选择
压敏电阻在电路中起到保护作用，当电路出现异常瞬时过电压时，压敏电阻会迅速导通，泄放过电流并钳位电压。为了防止压敏电阻损坏，同时防护输入电压存在电压尖峰波动，输入处的压敏电阻需要选择561规格型号。
2.3 X电容CX1额定电压选择
X安规电容的额定电压一般有275V、305V、310VAC等。为提高电源的可靠性，在输入电压波动较大的应用场合，选择额定电压值为310VAC的X安规电容。
2.4 整流桥BD1额定电压选择
整流桥的额定电压值应考虑输入电压波动和EMC性能实验要求。实际应用中，整流桥一般选用规格值为1000V的元器件。
2.5 输入大电解电容C1额定电压选择
大电解电容的额定电压值应该选用450VDC规格，以应对输入电压存在较大波动的情况。
2.6 MOS管Q1额定电压选择
考虑到输入电压波动和雷击浪涌等情况，选用规格为650V的MOS管可以提供足够的电压应力裕量。
2.7 二极管D1额定电压选择
二极管的电压应力与输入电压和变压器匝比有关。为保证可靠工作，二极管选取规格参数150VDC为宜。
输入过压防护要求和解决方案
3.1 输入电网电压波动的输入过压防护方案
- 优化元器件的电压应力，选用更高等级的参数。
- 加大电源内部走线和元器件之间的电气间隙和爬电距离。
3.2 输入电网中存在高压尖峰电压的输入过压防护方案
- 使用压敏电阻进行钳位防护。
- 在开关电源的输入端增加滤波器。
总结
通过理论计算和实践分析，本文提出了开关电源在输入过压情况下的解决方案。这些方案可以有效提升电源的抗输入过压能力，增强设备的运行可靠性。
本文原文来自新浪财经