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開關(guān)電源中對于拓?fù)潆姼械腟aber仿真輔助設(shè)計(jì)

2013-12-10 11:16 來源:電源網(wǎng) 編輯:云際

(輸入輸出)濾波網(wǎng)絡(luò)在電路中的地位

拓?fù)潆姼?/em>(變壓器)是拓?fù)湫枰瑸V波電感是紋波需要,只有當(dāng)拓?fù)潆姼胁蛔阋詽M足紋波要求時(shí),才使用濾波電感(增加LC濾波網(wǎng)絡(luò))。

這意味著:

1、如果拓?fù)潆姼袧M足紋波要求,可以不要濾波電路。

2、當(dāng)拓?fù)潆姼胁荒軡M足紋波要求時(shí),才另外單獨(dú)考慮濾波電路。

3、拓?fù)潆姼械闹饕蝿?wù)是應(yīng)對拓?fù)湫枰哪芰哭D(zhuǎn)移,而不是應(yīng)對紋波的。

4、濾波電路的唯一任務(wù)就是濾波,不干別的。

濾波網(wǎng)絡(luò)與拓?fù)涞年P(guān)系

所有電壓型拓?fù)淇偪梢赃@樣表達(dá):

其中,輸入電容Cin、輸出電容Cout都的拓?fù)湓试S的,甚至是拓?fù)浔仨毜摹?

同時(shí),Cin、Cout也可以理解為拓?fù)浔旧淼?、自帶的濾波電路。

這里,虛線內(nèi)的濾波網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在是一個(gè)電容,也就是二端濾波網(wǎng)絡(luò),但是它也可以是三端甚至四端網(wǎng)絡(luò)。

注意:圖中沒有任何電感,拓?fù)涞碾姼?或者變壓器)在拓?fù)淠K內(nèi)沒有畫出來。三、輸出濾波網(wǎng)絡(luò)

對于大多數(shù)電壓型拓?fù)涠?,輸出端總有一個(gè)電容Cout,而且這個(gè)電容就是濾波的意思。

一般情況下,我們總可以通過調(diào)整Cout的大小滿足任何需要的紋波要求。

然而在某些情況下,我們無法通過調(diào)整Cout的大小獲得需要的輸出紋波,比如:

1、滿足需要的紋波時(shí),需要的Cout太大,成本和體積不允許。

2、在接近短路運(yùn)行時(shí)(比如電焊機(jī)或者點(diǎn)焊機(jī)),普通電容的電流指標(biāo)不能滿足要求。

3、某些應(yīng)用不允許太大的Cout存在,比如逆變系統(tǒng),太大的Cout將導(dǎo)致控制的困難。

4、出于可靠性的考慮,在輸出端不使用電解電容。

5、高精度電源,由于電容ESR的存在,始終達(dá)不到要求的輸出紋波指標(biāo)。

怎么辦呢?

其實(shí)很簡單:

1、找出能夠接受的電容

2、把這個(gè)電容一分為二

3、中間放一個(gè)適當(dāng)?shù)碾姼?

4、調(diào)整這個(gè)電感直到滿足輸出紋波的要求。

幾點(diǎn)說明:

1、一般電源都是輸出有功功率,即阻性負(fù)載,這時(shí)我們直接取Co1 = Co2濾波效果最好。

2、即使負(fù)載有部分感性成分,因?yàn)橐话鉉o2都比較大,其容抗足以應(yīng)付較大的感性負(fù)載沖擊,一般不必考慮加大Co2.

3、容性負(fù)載(比如電解電源和充電電源)時(shí),可考慮減小Co2(即突出Co1),大幅度減小也沒有關(guān)系。

4、電焊電源可以(應(yīng)該)取消Co2.

5、諧振負(fù)載(比如超聲波電源、感應(yīng)加熱電源)慎用此法。

6、濾波就是濾波,別和拓?fù)淅锩娴碾姼袛囋谝黄?,只有這樣才能達(dá)到最好的效果。

7、除特殊情況外,不建議使用兩極或多級LC濾波,在總電容量和總用銅用磁量相當(dāng)?shù)那闆r下,單級濾波紋波效果最好,也不會產(chǎn)生駐波干擾。四、設(shè)計(jì)舉例(典型)輸出濾波

將就上一貼的50KHz、100W(120W)反激電源為例,當(dāng)前紋波指標(biāo)為30mV。

現(xiàn)在要求達(dá)到2mV的紋波精度。

方法一:加大輸出濾波電容:

將現(xiàn)用濾波電容C2的2200uF增加15倍,即33mF,輸出紋波則對應(yīng)降低15倍(沒考慮ESR),即等于2mV.

如果覺得33mF25V的海量電解不好找,或者不合算,那么:

方法二:增加一級LC濾波:

當(dāng)Co1 = Co2 = 470uF時(shí),配合一個(gè)5A 1.3uH的電感,輸出(與PWM同頻的)紋波即可下降到1.6mV以下。或者:

當(dāng)Co1 = Co2 = 330uF時(shí),配合一個(gè)5A 2.2uH的電感,輸出紋波即可下降到2.0 mV左右。可見,即使增加一點(diǎn)點(diǎn)LC濾波。對輸出紋波、成本、體積的改善都是非常顯著的。


再來看這個(gè)濾波電感的工況:

電流的直流成分5.0A,交流成分0.1A左右,大約只占2%.

也就是說,這個(gè)電感基本上就是個(gè)直流偏電感,交流成分甚微。這意味著可以不必使用高級材料,也不考慮集膚效應(yīng),用普通鐵粉芯磁環(huán)單股繞制即可。

下面是這個(gè)電感的設(shè)計(jì)參數(shù):

小結(jié)

在輸出端增加LC濾波網(wǎng)絡(luò)是很簡單的事情,只要將濾波電容一分為二、(隨便)插入一個(gè)電感就能使(不插入電感等效于原電路)濾波效果顯著提升,而且效果總是比單電容濾波效果好。因此:

1、工程師應(yīng)該隨時(shí)想到:“我那個(gè)濾波電容是不是應(yīng)該分成二個(gè),中間插個(gè)小工字?”而且不用算,肯定比單電容好。

2、此法在同等情況下提高濾波效果,或者在同等濾波效果下降低成本、縮小體積,甚至縮小PCB面積。

3、既然不增加成本(甚至降低成本)就能夠?qū)崿F(xiàn),因此在拓?fù)淅锩?的電感上或者控制模式上)去打主意減少紋波就是一件既費(fèi)力又不討好的事情,什么“某某拓?fù)洹⒛衬衬J郊y波大”的問題也不再應(yīng)是問題。

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