开关电源原理与设计(三).

开关电源原理与设计(三

串联式开关电源储能滤波电感的计算 1-2-3.串联式开关电源储能滤波电感的计算

从上面分析可知,串联式开关电源输出电压Uo与控制开关的占空比D有关,还与储能电感L的大小有关,因为储能电感L决定电流的上升率(di/dt,即输出电流的大小。因此,正确选择储能电感的参数相当重要。

串联式开关电源最好工作于临界连续电流状态,或连续电流状态。串联式开关电源工作于临界连续电流状态时,滤波输出电压Uo正好是滤波输入电压uo的平均值Ua,此时,开关电源输出电压的调整率为最好,且输出电压Uo的纹波也不大。因此,我们可以从临界连续电流状态着手进行分析。我们先看(1-6式:

iLm =(Ui-Uo/L *Ton + i(0 —— K关断前瞬间(1-6

当串联式开关电源工作于临界连续电流状态时,即D = 0.5时,i(0 = 0,iLm = 2 Io,因此,(1-6式可以改写为:

2Io = Uo/2L *T —— K关断前瞬间(1-12

式中Io为流过负载的电流(平均电流,当D = 0.5时,其大小正好等于流过储能电感L 最大电流iLm的二分之一;T为开关电源的工作周期,T正好等于2倍Ton。

由此求得:

L = Uo/4Io *T —— D = 0.5时(1-13 或:

L >Uo/4Io *T =Ui/2Io*T —— D = 0.5时(1-14

(1-13和(1-14式,就是计算串联式开关电源储能滤波电感L的公式(D = 0.5时。(1-13和(1-14式的计算结果,只给出了计算串联式开关电源储能滤波电感L的中间值,或平均值,对于极端情况可以在平均值的计算结果上再乘以一个大于1的系数。

如果增大储能滤波电感L的电感量,滤波输出电压Uo将小于滤波输入电压uo的平均值Ua,因此,在保证滤波输出电压Uo为一定值的情况下,势必要增大控制开关K的占空比D,以保持输出电压Uo的稳定;而控制开关K的占空比D增大,又将会使流过储能滤波电感L的电流iL不连续的时间缩短,或由电流不连续变成电流连续,从而使输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P进一步会减小,输出电压更稳定。

如果储能滤波电感L的值小于(1-13式的值,串联式开关电源滤波输出的电压Uo将大于滤波输入电压uo的平均值Ua,在保证滤波输出电压Uo为一定值的情况下,势必要减小控制开关K的占空比D,以保持输出电压Uo的值不变;控制开关K的占空比D减小,将会使流过滤波电感L的电流iL出现不连续,从而使输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P增大,造成输出电压不稳定。

由此可知,调整串联式开关电源滤波输出电压Uo的大小,实际上就是同时调整流过滤波电感L和控制开关K占空比D的大小。

由图1-4可以看出:当控制开关K的占空比D小于0.5时,流过滤波电感L的电流iL 出现不连续,输出电流Io小于流过滤波电感L最大电流iLm的二分之一,滤波输出电压Uo 的电压纹波ΔUP-P将显著增大。因此,串联式开关电源最好不要工作于图1-4的电流不连续状态,而最好工作于图1-3和图1-5表示的临界连续电流和连续电流状态。

串联式开关电源工作于临界连续电流状态,输出电压Uo等于输入电压Ui的二分之一,等于滤波输入电压uo的平均值Ua;且输出电流Io也等于流过滤波电感L最大电流iLm的二分之一。

串联式开关电源工作于连续电流状态,输出电压Uo大于输入电压Ui的二分之一,大于滤波输入电压uo的平均值Ua;且输出电流Io也大于流过滤波电感L最大电流iLm的二分之一。