開(kāi)關(guān)電源中輸出濾波電感的計(jì)算

開(kāi)關(guān)電源次級(jí)線圈上的輸出電壓Uo是脈沖狀態(tài)

(圖一)

要使脈沖方波變成可供電路使用的直流電，還需要對(duì)它進(jìn)行平滑處理，常用的平滑電路由整流二極管、濾波電容、濾波電感構(gòu)成。

(圖二)

㈠. 平滑處理原理

(圖二)中電感L在電路中既有儲(chǔ)能作用，且對(duì)交流成分呈高阻抗，能阻止交流成分通過(guò)。電容C1—C4對(duì)交流信號(hào)呈低阻抗，允許交流成分通過(guò)，而對(duì)直流呈高阻抗，而阻止直流通過(guò)。

感抗： XL=2πfL

電感對(duì)高頻成分呈高阻抗，感抗越大，對(duì)高頻信號(hào)的電抗電壓越大，阻止高頻成分通過(guò)的能力越強(qiáng)。

容抗：XC=1/2πfC

電容對(duì)直流呈高阻抗，能阻止直流通過(guò)，對(duì)交流成分呈低阻抗，容抗越小，交流成分就越容易通過(guò)。

(圖二)中LC的乘積越大對(duì)高頻成分的平滑作用越好。為求得最佳電感量，可按下節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

㈡. 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的紋波噪聲

平滑濾波后開(kāi)關(guān)電源輸出波形

(圖三)

不難看出，經(jīng)過(guò)(圖二)電路平滑后的直流輸出中包含了一定的紋波噪聲。

它分兩部分：

紋波：與初級(jí)輸入工頻頻率和開(kāi)關(guān)頻率同步的波形即為紋波。

噪聲：在紋波上的針狀毛刺就是噪聲。

兩類波合在一起稱為：紋波噪聲。

㈢輸出平滑處理電路中電感L的設(shè)計(jì)計(jì)算

電感L的計(jì)算有如下一些公式：

流過(guò)電感L的紋波電流△Il為輸出電流Io的2%~5%,

即：

△Il=(0.02~0.05)Io

△Il=Tonmax(Umin-Vf-Vo)/L

L=DTonmax(Umin-Vf-Vo)/△Il

Uomin=T(Vomax+Vf+VI)/D

D=Tonmanx/T

㈣計(jì)算實(shí)例

輸出電壓 Vo=5V 10%±

輸出電流 Io=20A

開(kāi)關(guān)頻率 F=200KHz

占空比 D=0.42

開(kāi)關(guān)周期：T=1/F=1/200×103=5μs

最大導(dǎo)通時(shí)間：Ton max=TD=5×0.42=2.1μS

輸出最大直流電壓： Vo max=5×10%=5.5 V

次級(jí)線圈上的最小電壓：Umin=5×(5.5+0.2+0.4)/2.1=14.5V

在一般情況下，濾波電感中通過(guò)的電流△Il的值是Io的2%~5%本例取5%

根據(jù)式②L△Il= Ton max(Umin -Vf-Vomax)/△Il=2.1(14.5-0.4-5.5)/1=18.06μH

取整L=18μH通過(guò)的電流為20A。

當(dāng)Io<1A時(shí)，可采用非晶合金磁性材料制成的磁珠，套在整流管的輸出端引線上，形成電感，而電流大于1A時(shí)，則應(yīng)選用磁芯或磁環(huán)繞制。為減少電感直流電阻、降低損耗、減少電感發(fā)熱，繞制濾波電感用的漆包線的電流密度J應(yīng)按較小值。本例J=4A/mm2，即漆包線線裸線直徑d=20÷4=5.0mm2

本例濾波電感導(dǎo)線粗，選用D=50mm的MOX磁環(huán)，每匝大約對(duì)應(yīng)3μH，但因磁環(huán)性能的差異，繞制時(shí)要由測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)確定電感量。

注：濾波電感壓降Vl=0.2 V 由設(shè)計(jì)師確定，為減小電感損耗，濾波電感上的電壓降應(yīng)小于0.5V，本例取0.2V