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一、引言

輸入電壓過壓是由電網負載波動較大引起的。例如，在用電高峰時，電壓通常較低，當設備停止時，電壓通常較高。國家標準對電壓波動等級有以下規定：

電網電壓范圍的實際變化范圍因電網容量、輸配電設備質量、用電量等條件而異。在供電良好的城市和工業區，通常只有變化范圍±15%（264VAC）左右，超過264VAC電源可能損壞，甚至可能導致設備跳閘、著火，威脅人員和財產。

但在供電條件較差的農村和偏遠地區，或者電網負荷變化較大的設備，如山區、公路隧道、充電樁、發電機供電等，變化范圍要大得多，有時甚至可以達到20%~30%(274~299VAC）。

二、輸入過壓時電源器件電壓應力分析

以圖2反激開關電源為例，分析輸入電壓達到305VAC如何根據電壓應力選擇合適的部件。

1. 保險絲F1額定電壓選擇

保險絲的電壓額定值必須大于或等于斷開電路的最大電壓。由于保險絲的電阻值很低，只有當保險絲試圖熔斷時，保險絲的電壓額定值才變得重要。當熔絲元件熔化時，保險絲必須能夠快速斷開并熄滅電弧，并防止開路電壓通過斷開的熔絲元件再次觸發電弧。

保險絲的常見規格是125V、250V、300V、400V，選擇300V的保險絲。

2. 壓敏電阻RV1額定電壓選擇

在實際應用中，壓敏電阻RV一般并聯在電路中，當電路正常工作時，它處于高阻狀態，不影響電路的正常工作。當電路出現異常時，瞬時過電壓 當達到其導電壓（壓敏電壓）時，壓敏電阻迅速從高電阻狀態轉變為低電阻狀態，釋放異常瞬時過電壓引起的瞬時過電流，并將異常瞬態過壓裝配到安全水平，以保護后電路免受異常瞬時過電壓損壞。

常見的壓敏規格如下表所示：

壓敏電阻的電壓值應大于實際電路中的電壓峰值，即壓敏電阻兩端連續施加的電源電壓應小于壓敏電阻規格中的最大連續工作電壓值，如上表所示VAC和385VDC顯然間3055顯然不滿足VAC工作時，為防止壓敏損對輸入電壓波動較大的情況下，應選擇561壓敏電阻。

3. X電容CX1額定電壓選擇

X2安全電容的額定電壓一般為：275V / 305V / 310V，它們實際上是通用的。這種情況主要是由于不同國家、不同安全法規認證要求的額定電壓不同造成的。CQC額定電壓為310VAC，其他國家V、305VAC、310VAC。在應對輸入電壓波動較大的情況下，選擇310V的X電容。

4. 橋堆BD1額定電壓選擇

在Vin=264VAC橋堆二極管最大應力為Vmax1=264×1.414=373V；

在Vin=305VAC橋堆二極管最大應力為Vmax2=305×1.414=431V。

由于開關電源需要進行雷擊浪涌試驗，一般選擇600個整流橋V為了滿足更嚴格的雷擊環境，上述整流橋可選擇1萬座V的整流橋。

5. 電解電容C1額定電壓選擇

在Vin=264VAC電解電容的最大應力是Vcmax1=264×1.414=373V；

在Vin=305VAC電解電容的最大應力是Vcmax2=305×1.414=431V。

在輸入電壓波動較大的情況下，應選擇450V電解電容。

6. MOS管Q1額定電壓選擇

MOS管電壓應力為

Vmos=VIN VOR VPK

其中VIN最高輸入電壓為431V，VOR反射電壓一般為60-120V，通過優化設計，與原副邊坡比和輸出電壓成正相關V或以下；VPK漏感產生的尖峰電壓一般為：100V通過優化漏感和吸收參數，可以取80V或以下。

所以MOS管Q工作電壓應力為：431 120 100=651V，通過優化后MOS管Q工作電壓應力為：431 80 80=591V，因此，考慮到雷擊或3055VAC為保證輸入，MOS管理可靠的工作必須至少選擇700份V以上的MOS但也可通過優化變壓器匝比和漏感，選取650V的MOS管。

7. 二極管D1額定電壓選擇

二極管電壓應力為

VD=VIN/n V0 VD-PK

其中VD-PK由于不同的輸出電壓和吸收參數對副邊漏感產生的尖峰電壓影響較大，一般計算

VD={VIN/n V0}×1.5

假設輸出電壓V0=12V，二極管漏感尖峰VD-PK=30V，MOS管漏感尖峰VPK=80V，計算如下表：

從表1可以看出，常規開關電源只考慮VIN=373V，MOS管和二極管的應力值會很小，不適用于VIN=431V一旦輸入電壓超過373V，有損壞的風險。

綜上所述，輸出電壓為12V例如，考慮到雷擊或305VAC為了保證二極管的可靠工作，至少要選擇150V上述二極管也可以優化變壓器匝比和HARTING代理漏感，選取100V的二極管。

同時，高壓線路之間的安全距離也可以通過增加電源內的電氣間隙和爬電距離來保持，不會因距離不足而損壞原型或危害人身安全。

四、總結

本文解釋了輸入過壓會損壞電源，對人體造成傷害。通過電源部件的電壓應力分析，確定了關鍵部件電壓應力的選擇依據，并指出可以通過優化部件的電壓應力和增加內部電氣間隙和爬電距離來保護。

通過比較主流電源和305條件電源部件的額定電壓、電氣間隙和爬電距離，推薦金升陽305條件AC/DC電源可以有效地保護輸入過壓。同時也可應用于工作溫濕度、海拔、電磁干擾等惡劣環境和特殊環境。