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星期四, 04/16/2009 - 09:14 — 陶显芳
1-2-3.串联式开关电源储能滤波电感的计算
从上面分析可知,串联式开关电源输出电压Uo与控制开关的占空比D有关,还与储能电感L的大小有关,因为储能电感L决定电流的上升率(di/dt),即输出电流的大小。因此,正确选择储能电感的参数相当重要。
串联式开关电源最好工作于临界连续电流状态,或连续电流状态。串联式开关电源工作于临界连续电流状态时,滤波输出电压Uo正好是滤波输入电压uo的平均值Ua,此时,开关电源输出电压的调整率为最好,且输出电压Uo的纹波也不大。因此,我们可以从临界连续电流状态着手进行分析。我们先看(1-6)式:
iLm =(Ui-Uo)/L *Ton + i(0) —— K关断前瞬间 (1-6)
当串联式开关电源工作于临界连续电流状态时,即D = 0.5时,i(0) = 0,iLm = 2 Io,因此,(1-6)式可以改写为:
2Io = Uo/2L *T —— K关断前瞬间 (1-12)
式中Io为流过负载的电流(平均电流),当D = 0.5时,其大小正好等于流过储能电感L最大电流iLm的二分之一;T为开关电源的工作周期,T正好等于2倍Ton。
由此求得:
L = Uo/4Io *T —— D = 0.5时 (1-13)
或:
L >Uo/4Io *T =Ui/2Io*T —— D = 0.5时 (1-14)
(1-13)和(1-14)式,就是计算串联式开关电源储能滤波电感L的公式(D = 0.5时)。(1-13)和(1-14)式的计算结果,只给出了计算串联式开关电源储能滤波电感L的中间值,或平均值,对于极端情况可以在平均值的计算结果上再乘以一个大于1的系数。
如果增大储能滤波电感L的电感量,滤波输出电压Uo将小于滤波输入电压uo的平均值Ua,因此,在保证滤波输出电压Uo为一定值的情况下,势必要增大控制开关K的占空比D,以保持输出电压Uo的稳定;而控制开关K的占空比D增大,又将会使流过储能滤波电感L的电流iL不连续的时间缩短,或由电流不连续变成电流连续,从而使输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P进一步会减小,输出电压更稳定。
如果储能滤波电感L的值小于(1-13)式的值,串联式开关电源滤波输出的电压Uo将大于滤波输入电压uo的平均值Ua,在保证滤波输出电压Uo为一定值的情况下,势必要减小控制开关K的占空比D,以保持输出电压Uo的值不变;控制开关K的占空比D减小,将会使流过滤波电感L的电流iL出现不连续,从而使输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P增大,造成输出电压不稳定。
由此可知,调整串联式开关电源滤波输出电压Uo的大小,实际上就是同时调整流过滤波电感L和控制开关K占空比D的大小。
由图1-4可以看出:当控制开关K的占空比D小于0.5时,流过滤波电感L的电流iL出现不连续,输出电流Io小于流过滤波电感L最大电流iLm的二分之一,滤波输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P将显著增大。因此,串联式开关电源最好不要工作于图1-4的电流不连续状态,而最好工作于图1-3和图1-5表示的临界连续电流和连续电流状态。
串联式开关电源工作于临界连续电流状态,输出电压Uo等于输入电压Ui的二分之一,等于滤波输入电压uo的平均值Ua;且输出电流Io也等于流过滤波电感L最大电流iLm的二分之一。
串联式开关电源工作于连续电流状态,输出电压Uo大于输入电压Ui的二分之一,大于滤波输入电压uo的平均值Ua;且输出电流Io也大于流过滤波电感L最大电流iLm的二分之一。
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评论
陶老师,最好每讲一课,都举例说明!这样比较清楚,理解起来也
陶老师,最好每讲一课,都举例说明!这样比较清楚,理解起来也比较容易!
好好学习,天天向上
请问陶工:L >Uo/4Io *T =Ui/2Io*T
请问陶工:L >Uo/4Io *T =Ui/2Io*T —— D = 0.5时 (1-14)是否有误?
是否为: L =Uo/4Io *T =Ui/8Io*T —— D = 0.5时 (1-14)还是我理解错误?
是我算错了,你的理解是对的,应该 L =Uo/4Io *T
是我算错了,你的理解是对的,应该
L =Uo/4Io *T =Ui/8Io*T —— D = 0.5时(1-14)
而不是
L >Uo/4Io *T =Ui/2Io*T —— D = 0.5时 (1-14)
因为 Ui = 2Uo —— D = 0.5时
说良心话,做实心事!
请教
请教 如果增大储能滤波电感L的电感量,滤波输出电压Uo将小于滤波输入电压uo的平均值Ua 原理
关于增大储能滤波电感L的电感量,滤波输出电压Uo将小于滤波
关于增大储能滤波电感L的电感量,滤波输出电压Uo将小于滤波输入电压uo的平均值Ua原理,我在《1-2-1.串联式开关电源的工作原理》的文章中已经用了很大的编幅,非常详细地进行了分析说明。请你再详细看看下面我从这篇文章中摘录的部分内容,如果下面内容你无法看明白,我再告诉你,你应该还需补习那些电工方面的基础知识。
摘录内容:
从(1-4)式到(1-11)和图1-3、图1-4、图1-5中可以看出: 当开关电源工作于临界连续电流或连续电流状态时,在K接通和关断的整个周期内,储能电感L都有电流流出,但在K接通期间与K关断期间,流过储能电感L的电流的上升率(绝对值)一般是不一样的。在K接通期间,流过储能电感L的电流上升率为:
(Embedded image moved to file: pic30904.jpg);在K关断期间,流过储能电感L的电流上升率为:(Embedded image moved to file: pic10587.jpg)。因此:
(1)当Ui = 2Uo时,即滤波输出电压Uo等于电源输入电压Ui的一半时,或控制开关K的占空比D为二分之一时,流过储能电感L的电流上升率,在K接通期间与K关断期间绝对值完全相等,即电感存储能量的速度与释放能量的速度完全相等。此时,(1-5)式中i(0)和(1-11)式中iLX均等于0。在这种情况下,流过储能电感L的电流iL为临界连续电流,且滤波输出电压Uo等于滤波输入电压uo的平均值Ua。参看图1-3。
(2)当Ui > 2Uo时,即:滤波输出电压Uo小于电源输入电压Ui的一半时,或控制开关K的占空比小于二分之一时:虽然在K接通期间,流过储能电感L的电流上升率(绝对值),大于,在K关断期间,流过储能电感L的电流上升率(绝对值);但由于(1-5)式中i(0)等于0,以及Ton小于Toff,此时,(1-11)式中的iLX会出现负值,即输出电压反过来要对电感充电,但由于整流二极管D的存在,这是不可能的,这表示流过储能电感L的电流提前过0,即有断流。在这种情况下,流过储能电感L的电流iL不是连续电流,开关电源工作于电流不连续状态,因此,输出电压Uo的纹波比较大,且滤波输出电压Uo小于滤波输入电压uo的平均值Ua。参看图1-4。

(3)当Ui < 2Uo时,即:滤波输出电压Uo大于电源输入电压Ui的一半时,或控制开关K的占空比大于二分之一时:在K接通期间,虽然流过储能电感L的电流上升率(绝对值),小于,在K关断期间,流过储能电感L的电流上升率(绝对值)。但由于Ton大于Toff,(1-5)式中i(0)和(1-11)式中iLX均大于0,即:电感存储能量每次均释放不完。在这种情况下,流过储能电感L的电流iL是连续电流,开关电源工作于连续电

流状态,输出电压Uo的纹波比较小,且滤波输出电压Uo大于滤波输入电压uo的平均值Ua。参看图1-5。
说良心话,做实心事!
陶工,您好。 我最近刚刚开始学习电源方面的知识,由于以前很
陶工,您好。
我最近刚刚开始学习电源方面的知识,由于以前很多电子知识掌握的不是太扎实,现在学习起来感到有些吃力。不过在网上看到您写的文章后,感到非常的好,深入浅出,很多地方很容易理解,非常的感谢您。
今天我看到这一篇文章的时候,看到您写到“从上面分析可知,串联式开关电源输出电压Uo与控制开关的占空比D有关,还与储能电感L的大小有关”。我自己买了些材料,上面均提到过降压型的回来的输出只与D有关,与电感电容都没有关系,所以感到疑惑。看到下面的解释,也不是太懂,为什么其他的作者会说道只与D有关,而您提到与L有关呢?是其他作者疏忽了,还是您的这个理论是最新的发现呢?
我不知你买了一些什么样的参考资料,不过我相信,目前很少有一
我不知你买了一些什么样的参考资料,不过我相信,目前很少有一本其它书的内容比我文章中相关的内容,对开关电源的工作原理及电路参数计算进行论述更详细的。我不知道其它书所说的,串联式开关电源输出电压只与占空比D有关而与串联电感无关的前提是什么。如果你想证明它的论证正确,你只需要在图1-2中对电感选值的两种极端情况产生的结果,即:电感等于零时和电感等于无限大时所产生的结果,分别进行分析比较就可以知道了。显然这两种情况产生的结果都不可能完全一样,这就说明,串联式开关电源输出电压不但与占空比D有关,而且与串联电感的大小有关。我认为你看书的时候,最好一边看别人分析,一边自己也要用心或用笔进行计算。计算结果是验证分析结果最可靠的方法,如果只有分析,没有计算,那么,你最好先不要对分析结果完全相信,最好先相信50%,留50%作为自己还没有完成的作业,继续去完成,那是最佳方法。即,对谁都不要迷信,只有经过独立思考得出的结果,才是自己的。
说良心话,做实心事!
恩,谢谢您的指导,受益了。
恩,谢谢您的指导,受益了。