1-2-3.串联式开关电源储能滤波电感的计算从上面分析可知,串联式开关电源输出电压Uo与控制开关的占空比D有关,还与储能电感L的大小有关,因为储能电感L决定电流的上升率(di/dt),即输出电流的大小。因此,正确选择储能电感的参数相当重要。
串联式开关电源最好工作于临界持续电流状态,或持续电流状态。串联式开关电源工作于临界持续电流状态时,滤波输出电压Uo正好是滤波输入电压uo的平均值Ua,此时,开关电源输出电压的调整率为最好,且输出电压Uo的纹波也不大。因此,我们可以从临界持续电流状态着手进行分析。我们先看(1-6)式:
iLm=(Ui-Uo)/L*Ton+i(0)——K关断前瞬间(1-6)
当串联式开关电源工作于临界持续电流状态时,即D=0.5时,i(0)=0,iLm=2Io,因此,(1-6)式可以改写为:
2Io=Uo/2L*T——K关断前瞬间(1-12)式中Io为流过负载的电流(平均电流),当D=0.5时,其大小正好等于流过储能电感L最大电流iLm的二分之一;T为开关电源的工作周期,T正好等于2倍Ton。由此求得:L=Uo/4Io*T——D=0.5时(1-13)或:L>Uo/4Io*T=Ui/2Io*T——D=0.5时(1-14)
(1-13)和(1-14)式,就是计算串联式开关电源储能滤波电感L的公式(D=0.5时)。(1-13)和(1-14)式的计算结果,只给出了计算串联式开关电源储能滤波电感L的中间值,或平均值,关于极端情况可以在平均值的计算结果上再乘以一个大于1的系数。假如增大储能滤波电感L的电感量,滤波输出电压Uo将小于滤波输入电压uo的平均值Ua,因此,在保证滤波输出电压Uo为一定值的情况下,势必要增大控制开关K的占空比D,以保持输出电压Uo的稳定;而控制开关K的占空比D增大,又将会使流过储能滤波电感L的电流iL不持续的时间缩短,或由电流不持续变成电流持续,从而使输出电压Uo的电压纹波ΔUp-p进一步会减小,输出电压更稳定。假如储能滤波电感L的值小于(1-13)式的值,串联式开关电源滤波输出的电压Uo将大于滤波输入电压uo的平均值Ua,在保证滤波输出电压Uo为一定值的情况下,势必要减小控制开关K的占空比D,以保持输出电压Uo的值不变;控制开关K的占空比D减小,将会使流过滤波电感L的电流iL出现不持续,从而使输出电压Uo的电压纹波ΔUp-p增大,造成输出电压不稳定。由此可知,调整串联式开关电源滤波输出电压Uo的大小,实际上就是同时调整流过滤波电感L和控制开关K占空比D的大小。由图1-4可以看出:当控制开关K的占空比D小于0.5时,流过滤波电感L的电流iL出现不持续,输出电流Io小于流过滤波电感L最大电流iLm的二分之一,滤波输出电压Uo的电压纹波ΔUp-p将显著增大。因此,串联式开关电源最好不要工作于图1-4的电流不持续状态,而最好工作于图1-3和图1-5表示的临界持续电流和持续电流状态。串联式开关电源工作于临界持续电流状态,输出电压Uo等于输入电压Ui的二分之一,等于滤波输入电压uo的平均值Ua;且输出电流Io也等于流过滤波电感L最大电流iLm的二分之一。串联式开关电源工作于持续电流状态,输出电压Uo大于输入电压Ui的二分之一,大于滤波输入电压uo的平均值Ua;且输出电流Io也大于流过滤波电感L最大电流iLm的二分之一。