開關(guān)電源的輸出濾波電感,,也稱為平滑扼流圈。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,,取值過大時,反而會引起其它方面的不良影響,。
在參考文獻(xiàn)[1]一書中,,作者在他試制一臺500W半橋式開關(guān)電源時,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)
開始繞了24匝,,即N=24,L=58μH,。當(dāng)Io=15~30A(平均每只IL=7.5~15A)時,,高壓開關(guān)脈沖波形發(fā)生嚴(yán)重的自激抖動,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)輸入線和+20V輔助電源線上,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關(guān)管中點上脈沖都明顯可見,。
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),開始穩(wěn)定了,。Io=30A(平均每只IL=15A)時,,高壓脈沖波形后沿仍有抖動。
最后,,匝數(shù)減少到只有8~10匝,,L=10.1μH。Io=30A(平均每只IL=15A)時也能穩(wěn)定工作了,。
現(xiàn)在,,對以上情況作一下簡要分析。
根據(jù)作者在該書后面(文獻(xiàn)[1]第234頁)關(guān)于輸出濾波電感的計算公式
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,,或者說臨界電感值為5.2μH。下面根據(jù)伏安(微)秒平衡的原理,,來分析上述情況,。
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
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)
對照圖1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時實際電感值取60%,,L15=58×0.6=35μH。
當(dāng)N=14,,Lo=20.6μH,,15A時實際電感值取80%,L15=20.6×0.8=16.5μH,。
當(dāng)N=10,,Lo=10.6μH,15A時實際電感值取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)
前面計算的磁能為3375VAμs,實際上在占空比等于0.5時,,還要折半就只有1687.5VAμs了,。
顯然,這點磁能——1687.5VAμs無法滿足式(6)和(7)這兩種情況,。只有在式(8)時磁電能完全滿足要求,,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)磁芯飽和曲線來確定為臨界電感值的1.5~3倍,,不宜過大。以上分析,,是否對頭,,敬請專家同仁指正。