開(kāi)關(guān)電源原理與設計（連載三）串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電感的計算

1-2-3.串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電感的計算

從上面分析可知，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓Uo與控制開(kāi)關(guān)的占空比D有關(guān)，還與儲能電感L的大小有關(guān)，因為儲能電感L決定電流的上升率(di/dt)，即輸出電流的大小。因此，正確選擇儲能電感的參數相當重要。

串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源最好工作于臨界連續電流狀態(tài)，或連續電流狀態(tài)。串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作于臨界連續電流狀態(tài)時(shí)，濾波輸出電壓Uo正好是濾波輸入電壓uo的平均值Ua，此時(shí)，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的調整率為最好，且輸出電壓Uo的紋波也不大。因此，我們可以從臨界連續電流狀態(tài)著(zhù)手進(jìn)行分析。我們先看(1-6)式：

iLm =(Ui-Uo)/L *Ton + i(0) —— K關(guān)斷前瞬間 (1-6)

當串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作于臨界連續電流狀態(tài)時(shí)，即D = 0.5時(shí)，i(0) = 0，iLm = 2 Io，因此，(1-6)式可以改寫(xiě)為：

2Io = Uo/2L *T —— K關(guān)斷前瞬間 (1-12)

式中Io為流過(guò)負載的電流(平均電流)，當D = 0.5時(shí)，其大小正好等于流過(guò)儲能電感L最大電流iLm的二分之一;T為開(kāi)關(guān)電源的工作周期，T正好等于2倍Ton。

由此求得：

L = Uo/4Io *T —— D = 0.5時(shí) (1-13)

或：

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

(1-13)和(1-14)式，就是計算串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電感L的公式(D = 0.5時(shí))。(1-13)和(1-14)式的計算結果，只給出了計算串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源儲能濾波電感L的中間值，或平均值，對于極端情況可以在平均值的計算結果上再乘以一個(gè)大于1的系數。

如果增大儲能濾波電感L的電感量，濾波輸出電壓Uo將小于濾波輸入電壓uo的平均值Ua，因此，在保證濾波輸出電壓Uo為一定值的情況下，勢必要增大控制開(kāi)關(guān)K的占空比D，以保持輸出電壓Uo的穩定;而控制開(kāi)關(guān)K的占空比D增大，又將會(huì )使流過(guò)儲能濾波電感L的電流iL不連續的時(shí)間縮短，或由電流不連續變成電流連續，從而使輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P進(jìn)一步會(huì )減小，輸出電壓更穩定。

如果儲能濾波電感L的值小于(1-13)式的值，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源濾波輸出的電壓Uo將大于濾波輸入電壓uo的平均值Ua，在保證濾波輸出電壓Uo為一定值的情況下，勢必要減小控制開(kāi)關(guān)K的占空比D，以保持輸出電壓Uo的值不變;控制開(kāi)關(guān)K的占空比D減小，將會(huì )使流過(guò)濾波電感L的電流iL出現不連續，從而使輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P增大，造成輸出電壓不穩定。

由此可知，調整串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源濾波輸出電壓Uo的大小，實(shí)際上就是同時(shí)調整流過(guò)濾波電感L和控制開(kāi)關(guān)K占空比D的大小。

由圖1-4可以看出：當控制開(kāi)關(guān)K的占空比D小于0.5時(shí)，流過(guò)濾波電感L的電流iL出現不連續，輸出電流Io小于流過(guò)濾波電感L最大電流iLm的二分之一，濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P將顯著(zhù)增大。因此，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源最好不要工作于圖1-4的電流不連續狀態(tài)，而最好工作于圖1-3和圖1-5表示的臨界連續電流和連續電流狀態(tài)。

串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作于臨界連續電流狀態(tài)，輸出電壓Uo等于輸入電壓Ui的二分之一，等于濾波輸入電壓uo的平均值Ua;且輸出電流Io也等于流過(guò)濾波電感L最大電流iLm的二分之一。

串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作于連續電流狀態(tài)，輸出電壓Uo大于輸入電壓Ui的二分之一，大于濾波輸入電壓uo的平均值Ua;且輸出電流Io也大于流過(guò)濾波電感L最大電流iLm的二分之一。