开关电源中输出滤波电感如何计算？

熊孩子a

开关电源次级线圈上的输出电压Uo是脉冲状态

                                                                                                               (图一)

要使脉冲方波变成可供电路使用的直流电，还需要对它进行平滑处理，常用的平滑电路由整流二极管、滤波电容、滤波电感构成。

                                                                                                                  (图二)

㈠. 平滑处理原理

(图二)中电感L在电路中既有储能作用，且对交流成分呈高阻抗，能阻止交流成分通过。电容C1—C4对交流信号呈低阻抗，允许交流成分通过，而对直流呈高阻抗，而阻止直流通过。

电感对高频成分呈高阻抗，感抗越大，对高频信号的电抗电压越大，阻止高频成分通过的能力越强。
容抗：XC=1/2πfC


电容对直流呈高阻抗，能阻止直流通过，对交流成分呈低阻抗，容抗越小，交流成分就越容易通过。


(图二)中LC的乘积越大对高频成分的平滑作用越好。为求得最佳电感量，可按下节进行设计计算。


㈡. 开关稳压电源输出的纹波噪声


平滑滤波后开关电源输出波形

                                                                                                            

(图三)

不难看出，经过(图二)电路平滑后的直流输出中包含了一定的纹波噪声。
它分两部分：


纹波：与初级输入工频频率和开关频率同步的波形即为纹波。


噪声：在纹波上的针状毛刺就是噪声。


两类波合在一起称为：纹波噪声。

㈢输出平滑处理电路中电感L的设计计算


电感L的计算有如下一些公式：


流过电感L的纹波电流△Il为输出电流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计算实例


输出电压 Vo=5V 10%±


输出电流 Io=20A


开关频率 F=200KHz


占空比 D=0.42


开关周期：T=1/F=1/200×103=5μs


最大导通时间：Ton max=TD=5×0.42=2.1μS


输出最大直流电压： Vo max=5×10%=5.5 V


次级线圈上的最小电压：Umin=5×(5.5+0.2+0.4)/2.1=14.5V


在一般情况下，滤波电感中通过的电流△Il的值是Io的2%~5%本例取5%


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


取整L=18μH通过的电流为20A。


当Io<1A时，可采用非晶合金磁性材料制成的磁珠，套在整流管的输出端引线上，形成电感，而电流大于1A时，则应选用磁芯或磁环绕制。为减少电感直流电阻、降低损耗、减少电感发热，绕制滤波电感用的漆包线的电流密度J应按较小值。本例J=4A/mm2，即漆包线线裸线直径d=20÷4=5.0mm2


本例滤波电感导线粗，选用D=50mm的MOX磁环，每匝大约对应3μH，但因磁环性能的差异，绕制时要由测试数据来确定电感量。


注：滤波电感压降Vl=0.2 V 由设计师确定，为减小电感损耗，滤波电感上的电压降应小于0.5V，本例取0.2V

阅读全文

zwei99999999