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开关电源电路中拓扑电感的Saber仿真辅助设计

2019年01月30日 14:08:41来源:保定市四北电子有限公司作者:保定市四北电子有限公司关键词:开关电源
  一、(输入输出)滤波网络在电路中的位置
 
  拓扑电感(变压器)是拓扑需求,滤波电感是纹波需求,只要当拓扑电感不足以满意纹波要求时,才运用滤波电感(添加LC滤波网络)。
 
  这意味着:
 
  1、如果拓扑电感满意纹波要求,能够不要滤波电路。
 
  2、当拓扑电感不能满意纹波要求时,才另外单独考虑滤波电路。
 
  3、拓扑电感的主要使命是应对拓扑需求的能量转移,而不是应对纹波的。
 
  4、滤波电路的唯一使命就是滤波,不干别的。
 
  二、滤波网络与拓扑的关系
 
  一切电压型拓扑总能够这样表达:
 
  其间,输入电容Cin、输出电容Cout都的拓扑允许的,乃至是拓扑必须的。
 
  同时,Cin、Cout也能够理解为拓扑自身的、自带的滤波电路。
 
  这里,虚线内的滤波网络现在是一个电容,也就是二端滤波网络,但是它也能够是三端乃至四端网络。
 
  注意:图中没有任何电感,拓扑的电感(或许变压器)在拓扑模块内没有画出来。三、输出滤波网络
 
  关于大多数电压型拓扑而言,输出端总有一个电容Cout,并且这个电容就是滤波的意思。
 
  一般情况下,咱们总能够经过调整Cout的巨细满意任何需求的纹波要求。
 
  然而在某些情况下,咱们无法经过调整Cout的巨细取得需求的输出纹波,比方:
 
  1、满意需求的纹波时,需求的Cout太大,成本和体积不允许。
 
  2、在挨近短路运行时(比方电焊机或许点焊机),普通电容的电流指标不能满意要求。
 
  3、某些应用不允许太大的Cout存在,比方逆变体系,太大的Cout将导致操控的困难。
 
  4、出于可靠性的考虑,在输出端不运用电解电容。
 
  5、高精度电源,由于电容ESR的存在,一直达不到要求的输出纹波指标。
 
  怎么办呢?
 
  其实很简单:
 
  1、找出能够接受的电容
 
  2、把这个电容一分为二
 
  3、中间放一个恰当的电感
 
  4、调整这个电感直到满意输出纹波的要求。
 
  几点说明:
 
  1、一般电源都是输出有功功率,即阻性负载,这时咱们直接取Co1 = Co2滤波效果最好。
 
  2、即使负载有部分理性成分,由于一般Co2都比较大,其容抗足以敷衍较大的理性负载冲击,一般不用考虑加大Co2.
 
  3、容性负载(比方电解电源和充电电源)时,可考虑减小Co2(即突出Co1),大幅度减小也没有关系。
 
  4、电焊电源能够(应该)撤销Co2.
 
  5、谐振负载(比方超声波电源、感应加热电源)慎用此法。
 
  6、滤波就是滤波,别和拓扑里边的电感搅在一起,只要这样才干到达最好的效果。
 
  7、除特殊情况外,不建议运用两极或多级LC滤波,在总电容量和总用铜用磁量适当的情况下,单级滤波纹波效果最好,也不会产生驻波搅扰。四、规划举例(典型)输出滤波
 
  将就上一贴的50KHz、100W(120W)反激电源为例,当时纹波指标为30mV.
 
  现在要求到达2mV的纹波精度。
 
  办法一:加大输出滤波电容:
 
  将现用滤波电容C2的2200uF添加15倍,即33mF,输出纹波则对应降低15倍(没考虑ESR),即等于2mV.
 
  如果觉得33mF25V的海量电解不好找,或许不合算,那么:
 
  办法二:添加一级LC滤波:
 
  当Co1 = Co2 = 470uF时,合作一个5A 1.3uH的电感,输出(与PWM同频的)纹波即可下降到1.6mV以下。或许:
 
  当Co1 = Co2 = 330uF时,合作一个5A 2.2uH的电感,输出纹波即可下降到2.0 mV左右。可见,即使添加一点点LC滤波。对输出纹波、成本、体积的改善都是非常显著的。
 
  再来看这个滤波电感的工况:
 
  电流的直流成分5.0A,交流成分0.1A左右,大约只占2%.
 
  也就是说,这个电感基本上就是个直流偏电感,交流成分甚微。这意味着能够不用运用高档资料,也不考虑集肤效应,用普通铁粉芯磁环单股绕制即可。
 
  下面是这个电感的规划参数:
 
  小结
 
  在输出端添加LC滤波网络是很简单的工作,只要将滤波电容一分为二、(随意)刺进一个电感就能使(不刺进电感等效于原电路)滤波效果显著提高,并且效果总是比单电容滤波效果好。因而:
 
  1、工程师应该随时想到:“我那个滤波电容是不是应该分红二个,中间插个小工字?”并且不用算,必定比单电容好。
 
  2、此法在同等情况下提高滤波效果,或许在同等滤波效果下降低成本、缩小体积,乃至缩小PCB面积。
 
  3、既然不添加成本(乃至降低成本)就能够完成,因而在拓扑里边(的电感上或许操控模式上)去打主意削减纹波就是一件既费力又不讨好的工作,什么“某某拓扑、某某模式纹波大”的问题也不再应是问题。
 
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