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串聯式開關電源輸出電壓濾波電路(圖文)

時間:2018-12-21 11:08:22來源:網絡 作者:電子愛好者 點擊:次
大多數開關電源輸出都是直流電壓，因此，一般開關電源的輸出電路都帶有整流濾波電路。圖1-2是帶有整流濾波功能的串聯式開關電源工作原理圖。
圖1-2是在圖1-1-a電路的基礎上，增

    大多數開關電源輸出都是直流電壓，因此，一般開關電源的輸出電路都帶有整流濾波電路。圖1-2是帶有整流濾波功能的串聯式開關電源工作原理圖。


    圖1-2是在圖1-1-a電路的基礎上，增加了一個整流二極管和一個LC濾波電路。其中L是儲能濾波電感，它的作用是在控制開關K接通期間Ton限制大電流通過，防止輸入電壓Ui直接加到負載R上，對負載R進行電壓沖擊，同時對流過電感的電流iL轉化成磁能進行能量存儲，然后在控制開關K關斷期間Toff把磁能轉化成電流iL繼續向負載R提供能量輸出；C是儲能濾波電容，它的作用是在控制開關K接通期間Ton把流過儲能電感L的部分電流轉化成電荷進行存儲，然后在控制開關K關斷期間Toff把電荷轉化成電流繼續向負載R提供能量輸出；D是整流二極管，主要功能是續流作用，故稱它為續流二極管，其作用是在控制開關關斷期間Toff，給儲能濾波電感L釋放能量提供電流通路。
    在控制開關關斷期間Toff，儲能電感L將產生反電動勢，流過儲能電感L的電流iL由反電動勢eL的正極流出，通過負載R，再經過續流二極管D的正極，然后從續流二極管D的負極流出，最后回到反電動勢eL的負極。
    對于圖1-2，如果不看控制開關K和輸入電壓Ui，它是一個典型的反г 型濾波電路，它的作用是把脈動直流電壓通過平滑濾波輸出其平均值。
    圖1-3、圖1-4、圖1-5分別是控制開關K的占空比D等于0.5、 0.5時，圖1-2電路中幾個關鍵點的電壓和電流波形。圖1-3-a)、圖1-4-a)、圖1-5-a)分別為控制開關K輸出電壓uo的波形；圖1-3-b)、圖1-4-b)、圖1-5-b)分別為儲能濾波電容兩端電壓uc的波形；圖1-3-c)、圖1-4-c)、圖1-5-c)分別為流過儲能電感L電流iL的波形。


    在Ton期間，控制開關K接通，輸入電壓Ui通過控制開關K輸出電壓uo，然后加到儲能濾波電感L和儲能濾波電容C組成的濾波電路上，在此期間儲能濾波電感L兩端的電壓eL為：
    eL = Ldi/dt = Ui – Uo —— K接通期間 (1-4)
    式中：Ui輸入電壓，Uo為直流輸出電壓，即：電容兩端的電壓uc的平均值。
    在此順便說明：由于電容兩端的電壓變化量ΔU相對于輸出電壓Uo來說非常小，為了簡單，我們這里把Uo當成常量來處理。在某種情況下，如需要對電容的初次充、放電過程進行分析時，必須需要建立微分方程，并求解。因為輸出電壓Uo的建立需要一定的時間，精確計算得出的結果中一般
    都含有指數函數項，當令時間變量等于無窮大時，即電路進入穩態時，再對相關參量取平均值，其結果就基本與(1-4)相等。
    對(1-4)式進行積分得：


    式中i(0)為控制開關K轉換瞬間(t = 0時刻)，即：控制開關K剛接通瞬間流過電感L的電流，或稱流過電感L的初始電流。
    當控制開關K由接通期間Ton突然轉換到關斷期間Toff的瞬間，流過電感L的電流iL達到最大值：
    iLm =(Ui-Uo)Ton/L + i(0) —— K關斷前瞬間 (1-6)
    在Toff期間，控制開關K關斷，儲能電感L把磁能轉化成電流iL，通過整流二極管D繼續向負載R提供能量，在此期間儲能濾波電感L兩端的電壓eL為：
    eL = Ldi/dt = – Uo —— K關斷期間 (1-7)
    式中–Uo前的負號，表示K關斷期間電感產生電動勢的方向與K接通期間電感產生電動勢的方向正好相反。對(1-7)式進行積分得：


    式中i(Ton+)為控制開關K從Ton轉換到Toff的瞬間之前流過電感的電流，i(Ton+)也可以寫為i(Toff-)，即：控制開關K關斷或接通瞬間，之前和之后流過電感L的電流相等。實際上(1-8)式中的i(Ton+)就是(1-6)式中的iLm，即：


    上面計算都是假設輸出電壓Uo基本不變的情況得到的結果，在實際應用電路中也正好是這樣，輸出電壓Uo的電壓紋波非常小，只有輸出電壓(www.morningstargreenhouses.com)的百分之幾，工程計算中完全可以忽略不計。容－源－電－子－網－為你提供技術支持

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