開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(連載四)串聯(lián)式開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電容的計(jì)算
1-2-4.串聯(lián)式開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電容的計(jì)算
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/228029.htm我們同樣從流過儲(chǔ)能電感的電流為臨界連續(xù)電流狀態(tài)著手,對(duì)儲(chǔ)能濾波電容C的充、放電過程進(jìn)行分析,然后再對(duì)儲(chǔ)能濾波電容C的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。
圖1-6是串聯(lián)式開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時(shí),串聯(lián)式開關(guān)電源電路中各點(diǎn)電壓和電流的波形。圖1-6中,Ui為電源的輸入電壓,uo為控制開關(guān)K的輸出電壓,Uo為電源濾波輸出電壓,iL為流過儲(chǔ)能濾波電感電流,Io為流過負(fù)載的電流。圖1-6-a)是控制開關(guān)K輸出電壓的波形;圖1-6-b)是儲(chǔ)能濾波電容C的充、放電曲線圖;圖1-6-c)是流過儲(chǔ)能濾波電感電流iL的波形。當(dāng)串聯(lián)式開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時(shí),控制開關(guān)K的占空比D等于0.5,流過負(fù)載的電流Io等于流過儲(chǔ)能濾波電感最大電流iLm的二分之一。
在Ton期間,控制開關(guān)K接通,輸入電壓Ui通過控制開關(guān)K輸出電壓uo ,在輸出電壓uo的作用下,流過儲(chǔ)能濾波電感L的電流開始增大。當(dāng)作用時(shí)間t大于二分之一Ton的時(shí)候,流過儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL開始大于流過負(fù)載的電流Io ,所以流過儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL有一部分開始對(duì)儲(chǔ)能濾波電容C進(jìn)行充電,儲(chǔ)能濾波電容C的兩端電壓開始上升。
當(dāng)作用時(shí)間t等于Ton的時(shí)候,流過儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL為最大,但儲(chǔ)能濾波電容C的兩端電壓并沒有達(dá)到最大值,此時(shí),儲(chǔ)能濾波電容C的兩端電壓還在繼續(xù)上升,因?yàn)?,流過儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL還大于流過負(fù)載的電流Io ;當(dāng)作用時(shí)間t等于二分之一Toff的時(shí)候,流過儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL正好等于負(fù)載電流Io,儲(chǔ)能濾波電容C的兩端電壓達(dá)到最大值,電容停止充電,并開始從充電轉(zhuǎn)為放電。
可以證明,儲(chǔ)能濾波電容進(jìn)行充電時(shí),電容兩端的電壓是按正弦曲線的速率變化,而儲(chǔ)能濾波電容進(jìn)行放電時(shí),電容兩端的電壓是按指數(shù)曲線的速率變化,這一點(diǎn)后面還要詳細(xì)說明,請(qǐng)參考后面圖1-23、圖1-24、圖1-25的詳細(xì)分析。
圖1-6中,電容兩端的充放電曲線是有意把它的曲率放大了的,實(shí)際上它們的變化曲率并沒有那么大。因?yàn)閮?chǔ)能濾波電感L和儲(chǔ)能濾波電容構(gòu)成的時(shí)間常數(shù)相對(duì)于控制開關(guān)的接通或關(guān)斷時(shí)間來說非常大(正弦曲線的周期:
(1-17)和(1-18)式,就是計(jì)算串聯(lián)式開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電容的公式(D = 0.5時(shí))。式中:Io是流過負(fù)載的電流,T為控制開關(guān)K的工作周期,ΔUP-P為輸出電壓的波紋。電壓波紋ΔUP-P一般都取峰-峰值,所以電壓波紋正好等于電容器充電或放電時(shí)的電壓增量,即:ΔUP-P = 2ΔUc 。
順便說明,由于人們習(xí)慣上都是以輸出電壓的平均值為水平線,把電壓紋波分成正負(fù)兩部分,所以這里遵照習(xí)慣也把電容器充電或放電時(shí)的電壓增量分成兩部分,即:2ΔUc。
同理,(1-17)和(1-18)式的計(jì)算結(jié)果,只給出了計(jì)算串聯(lián)式開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電容C的中間值,或平均值,對(duì)于極端情況可以在平均值的計(jì)算結(jié)果上再乘以一個(gè)大于1的系數(shù)。
當(dāng)儲(chǔ)能濾波電容的值小于(1-17)式的值時(shí),串聯(lián)式開關(guān)電源濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P會(huì)增大,并且當(dāng)開關(guān)K工作的占空比D小于0.5時(shí),由于流過儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL出現(xiàn)不連續(xù),電容器放電的時(shí)間大于電容器充電的時(shí)間,因此,開關(guān)電源濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P將顯著增大。因此,最好按(1-17)式計(jì)算結(jié)果的2倍以上來選取儲(chǔ)能濾波電容的參數(shù)
評(píng)論