采用LC濾波的大功率本安Buck開關(guān)變換器

由圖3可以看出，LC-Buck變換器是由基本Buck變換器的輸出端多加一級(jí)L，C濾波電路所組成，主要由以下幾部分構(gòu)成：由PWM控制的開關(guān)管S；續(xù)流二極管D；儲(chǔ)能電感L1；輸出濾波電感L2；輸出濾波電容C1，C2以及負(fù)載電阻RL。其中Vi為輸入直流電壓；Vo1為第一級(jí)輸出電壓，Vo為第二級(jí)輸出電壓。
下面在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)分析LC-Buck變換器的工作原理。當(dāng)開關(guān)管S導(dǎo)通時(shí)，續(xù)流二極管D因承受反向電壓而截止，流過電感L1的電流iL1線性增加，儲(chǔ)能電感L1將電能轉(zhuǎn)換成磁能儲(chǔ)存在電感L1中，當(dāng)iL1>Io時(shí)，電容C1進(jìn)入充電狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)管S斷開時(shí)，由于流過儲(chǔ)能電感L1的電流不能突變，所以在L1兩端便感應(yīng)出一個(gè)左負(fù)右正的自感電勢(shì)，使續(xù)流二極管D導(dǎo)通，L1便把原先儲(chǔ)存起來的磁能轉(zhuǎn)換成電能供給負(fù)載。此時(shí)，電感電流iL1線性減小，當(dāng)iL1Io時(shí)，電容C1進(jìn)入放電狀態(tài)。LC-Buck變換器在整個(gè)動(dòng)態(tài)工作范圍內(nèi)，由電感L2和電容C2組成二階低通濾波器，對(duì)第一級(jí)輸出電壓Vo1上的紋波電壓Vpp1進(jìn)行有效衰減，使得第二級(jí)輸出電壓Vo上的紋波電壓Vpp在小電感、小電容的情況下就能達(dá)到規(guī)定的電氣性能指標(biāo)要求。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
在輸入電壓、開關(guān)頻率、等效電容和等效電感都相同的情況下，求兩種變換器的最大輸出功率。具體指標(biāo)如下所述：
輸入電壓為yi=21～27 V，工作頻率為f=300 kHz，負(fù)載電阻RL范圍為10～100 Ω。最大等效電容為Ce,max=5μF，最大等效電感為L(zhǎng)e,max= 20μF，最大紋波電壓為Vpp,max=1％Vo。L1=18 μH，C1=1 μF，L2=15μH，C2=0．6μF。
在一定的負(fù)載變化范圍內(nèi)可得基本本安Buck變換器與本安LC-Buck變換器輸出功率與負(fù)載電阻之間的關(guān)系曲線如圖4所示。

由圖4可以看出，在同樣的輸入條件以及同樣的等效電感及等效電容條件下，本安LC-Buck變換器的最大輸出功率要比基本本安Buck變換器的最大輸出功率大得多。說明在基本本安Buck變換器的輸出端采用LC濾波，能大大提高本安Buck變換器的輸出功率，且能有效降低儲(chǔ)能元件電感、電容的容量。體現(xiàn)出了LC-Buck變換器的優(yōu)越性。

4 結(jié)語(yǔ)
本文首先分析了基本Buck變換器的組成及工作原理；其次提出了采用LC濾波的本安Buck變換器來提高變換器輸出功率的方案，并且分析了LC-Buck變換器的組成及原理。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了LC-Buck變換器可大大提高本安電路輸出功率的結(jié)論。