《電子技術(shù)應(yīng)用》
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關(guān)于開(kāi)關(guān)電源輸出濾波電感的電磁能平衡問(wèn)題分析
摘要: 開(kāi)關(guān)電源的輸出濾波電感,,也稱(chēng)為平滑扼流圈,。它的作用,,主要是將整流后的電流進(jìn)行展平,,以得到較穩(wěn)定的輸出和平滑的波形。為了取得更好的效果,,是否可以取較大的電感值呢,?答案并非如此,,取值過(guò)大時(shí),,反而會(huì)引起其它方面的不良影響,。
Abstract:
Key words :

   開(kāi)關(guān)電源的輸出濾波電感,也稱(chēng)為平滑扼流圈,。它的作用,,主要是將整流后的電流進(jìn)行展平,以得到較穩(wěn)定的輸出和平滑的波形,。為了取得更好的效果,,是否可以取較大的電感值呢?答案并非如此,,取值過(guò)大時(shí),,反而會(huì)引起其它方面的不良影響。

  在參考文獻(xiàn)[1]一書(shū)中,,作者在他試制一臺(tái)500W半橋式開(kāi)關(guān)電源時(shí),,就遇到了這樣的情況,。

  由于輸出電流較大,,因此采用分流的辦法,,用了兩只外徑為φ40mm的MPP磁粉芯。(文獻(xiàn)[1]第161頁(yè))

  開(kāi)始繞了24匝,,即N=24,,L=58μH。當(dāng)Io=15~30A(平均每只IL=7.5~15A)時(shí),,高壓開(kāi)關(guān)脈沖波形發(fā)生嚴(yán)重的自激抖動(dòng),,高頻振蕩明顯加劇,強(qiáng)烈的尖刺干擾從副邊反射到原邊電路,,甚至在電網(wǎng)輸入線(xiàn)和+20V輔助電源線(xiàn)上,,都疊加了幅度高達(dá)5~6V的高頻噪聲干擾,并且在控制模塊SG3525A的兩輸出端和高壓開(kāi)關(guān)管中點(diǎn)上脈沖都明顯可見(jiàn),。

  接著將匝數(shù)減少10匝,,即N=14,L=20.6μH,。Io=20~25A(平均每只IL=10~12.5A),,開(kāi)始穩(wěn)定了。Io=30A(平均每只IL=15A)時(shí),,高壓脈沖波形后沿仍有抖動(dòng),。

  最后,匝數(shù)減少到只有8~10匝,,L=10.1μH,。Io=30A(平均每只IL=15A)時(shí)也能穩(wěn)定工作了。

  現(xiàn)在,,對(duì)以上情況作一下簡(jiǎn)要分析,。

  根據(jù)作者在該書(shū)后面(文獻(xiàn)[1]第234頁(yè))關(guān)于輸出濾波電感的計(jì)算公式

L=(Vi-Vo)ton/(2Iomin) (1)

  而Iomin一般取Io的(5~10)%,單只磁芯IL=15A的10%為1.5A,。

  開(kāi)關(guān)頻率fsw=80kHz,。即T=12.5μs。Vi=18V,,Vo=15V,。

ton=(Vo/Vi)×(T/2) (2)

ton=(15/18)×(12.5/2)=5.2μs

L=(18-15)×5.2/(2×1.5)=5.2μH。

  這就告訴我們,,電感量的最小值為5.2μH,,或者說(shuō)臨界電感值為5.2μH。下面根據(jù)伏安(微)秒平衡的原理,,來(lái)分析上述情況,。

  磁能量W為

W=(1/2)LI2(VAs)or(VAμs)(3)

  電能功率P為

P=(1/2)LI2fsw(VA) (4)

  公式轉(zhuǎn)換后為

P/fsw=(1/2)LI2

電原理圖

圖1 電原理圖

  將P用VI替代,1/fsw用T替代,得以下關(guān)系式

VIT=LI2/2 (5)

  對(duì)照?qǐng)D1可知,,V=Vi=18V,,I=IL=15A。就有

VIT=18×15×12.5=270×12.5=3375VAμs,。

  當(dāng)N=24,,Lo=58μH,15A時(shí)實(shí)際電感值取60%,,L15=58×0.6=35μH,。

  當(dāng)N=14,Lo=20.6μH,,15A時(shí)實(shí)際電感值取80%,,L15=20.6×0.8=16.5μH。

  當(dāng)N=10,,Lo=10.6μH,,15A時(shí)實(shí)際電感值取95%,L15=10.6×0.95=10.1μH,。

  分別得到各組磁能為

WN=24=0.5×35×152=3937.5VAμs(6)

WN=14=0.5×16.5×152=1856.25VAμs(7)

WN=10=0.5×10.1×152=1136.25VAμs(8)

  前面計(jì)算的磁能為3375VAμs,,實(shí)際上在占空比等于0.5時(shí),還要折半就只有1687.5VAμs了,。

  顯然,,這點(diǎn)磁能——1687.5VAμs無(wú)法滿(mǎn)足式(6)和(7)這兩種情況。只有在式(8)時(shí)磁電能完全滿(mǎn)足要求,,因此才能穩(wěn)定地工作,。

  比較理想的情況是,電感值能隨著輸出電流變化而變化,。起始電感值,,要根據(jù)磁芯飽和曲線(xiàn)來(lái)確定為臨界電感值的1.5~3倍,不宜過(guò)大,。以上分析,,是否對(duì)頭,敬請(qǐng)專(zhuān)家同仁指正,。
 

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