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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:
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.cidxh.club)的百分之幾,工程計算中完全可以忽略不計。www.cidxh.club

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