《電子技術(shù)應用》
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開關(guān)電源原理與設計(連載4)串聯(lián)式開關(guān)電源儲能濾波電容的計算
陶顯芳
摘要: 從流過儲能電感的電流為臨界連續(xù)電流狀態(tài)著手,,對儲能濾波電容C的充,、放電過程進行分析,然后再對儲能濾波電容C的數(shù)值進行計算,。
Abstract:
Key words :

1-2-4.串聯(lián)式開關(guān)電源儲能濾波電容的計算
    我們同樣從流過儲能電感的電流為臨界連續(xù)電流狀態(tài)著手,,對儲能濾波電容C的充、放電過程進行分析,,然后再對儲能濾波電容C的數(shù)值進行計算,。
    圖1-6是串聯(lián)式開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時,,串聯(lián)式開關(guān)電源電路中各點電壓和電流的波形。圖1-6中,,Ui為電源的輸入電壓,,uo為控制開關(guān)K的輸出電壓,Uo為電源濾波輸出電壓,,iL為流過儲能濾波電感電流,,Io為流過負載的電流。圖1-6-a)是控制開關(guān)K輸出電壓的波形,;圖1-6-b)是儲能濾波電容C的充,、放電曲線圖;圖1-6-c)是流過儲能濾波電感電流iL的波形,。當串聯(lián)式開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時,,控制開關(guān)K的占空比D等于0.5,流過負載的電流Io等于流過儲能濾波電感最大電流iLm的二分之一,。

串聯(lián)式開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)
    在Ton期間,,控制開關(guān)K接通,輸入電壓Ui通過控制開關(guān)K輸出電壓uo ,,在輸出電壓uo的作用下,,流過儲能濾波電感L的電流開始增大。當作用時間t大于二分之一Ton的時候,,流過儲能濾波電感L的電流iL開始大于流過負載的電流Io ,,所以流過儲能濾波電感L的電流iL有一部分開始對儲能濾波電容C進行充電,儲能濾波電容C的兩端電壓開始上升,。

    當作用時間t等于Ton的時候,,流過儲能濾波電感L的電流iL為最大,但儲能濾波電容C的兩端電壓并沒有達到最大值,,此時,,儲能濾波電容C的兩端電壓還在繼續(xù)上升,因為,,流過儲能濾波電感L的電流iL還大于流過負載的電流Io ,;當作用時間t等于二分之一Toff的時候,流過儲能濾波電感L的電流iL正好等于負載電流Io,,儲能濾波電容C的兩端電壓達到最大值,,電容停止充電,并開始從充電轉(zhuǎn)為放電,。

    可以證明,,儲能濾波電容進行充電時,電容兩端的電壓是按正弦曲線的速率變化,,而儲能濾波電容進行放電時,,電容兩端的電壓是按指數(shù)曲線的速率變化,這一點后面還要詳細說明,,請參考后面圖1-23,、圖1-24、圖1-25的詳細分析,。



    圖1-6中,,電容兩端的充放電曲線是有意把它的曲率放大了的,實際上它們的變化曲率并沒有那么大,。因為儲能濾波電感L和儲能濾波電容構(gòu)成的時間常數(shù)相對于控制開關(guān)的接通或關(guān)斷時間來說非常大(正弦曲線的周期:電容器存儲的電荷

    (1-17)和(1-18)式,,就是計算串聯(lián)式開關(guān)電源儲能濾波電容的公式(D = 0.5時)。式中:Io是流過負載的電流,,T為控制開關(guān)K的工作周期,,ΔUP-P為輸出電壓的波紋。電壓波紋ΔUP-P一般都取峰-峰值,,所以電壓波紋正好等于電容器充電或放電時的電壓增量,,即:ΔUP-P = 2ΔUc 。
    順便說明,,由于人們習慣上都是以輸出電壓的平均值為水平線,,把電壓紋波分成正負兩部分,所以這里遵照習慣也把電容器充電或放電時的電壓增量分成兩部分,,即:2ΔUc,。
    同理,(1-17)和(1-18)式的計算結(jié)果,,只給出了計算串聯(lián)式開關(guān)電源儲能濾波電容C的中間值,,或平均值,對于極端情況可以在平均值的計算結(jié)果上再乘以一個大于1的系數(shù),。
    當儲能濾波電容的值小于(1-17)式的值時,,串聯(lián)式開關(guān)電源濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P會增大,并且當開關(guān)K工作的占空比D小于0.5時,,由于流過儲能濾波電感L的電流iL出現(xiàn)不連續(xù),,電容器放電的時間大于電容器充電的時間,因此,,開關(guān)電源濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P將顯著增大,。因此,最好按(1-17)式計算結(jié)果的2倍以上來選取儲能濾波電容的參數(shù),。

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