開關電源的輸出濾波電感(扼流線圈)參數計算及選擇

開關電源的輸出濾波電感(扼流線圈)參數計算及選擇

什麼叫扼流線圈?扼流線圈的作用

    開關電源的輸出濾波電感，也稱為平滑扼流線圈。它的作用，主要是將整流后的電流進行展平，以得到較穩定的輸出和平滑的波形。為了取得更好的效果，是否可以取較大的電感值呢？答案並非如此，取值過大時，反而會引起其它方面的不良影響。

    在參考文獻[1]一書中，作者在他試製一台500W半橋式開關電源時，就遇到了這樣的情況。

圖1  電原理圖

    由於輸出電流較大，因此採用分流的辦法，用了兩隻外徑為φ40mm的MPP磁粉芯。（文獻[1]第161頁）

    開始繞了24匝，即N=24，L=58μH。當Io=15～30A（平均每隻IL=7.5～15A）時，高壓開關脈衝波形發生嚴重的自激抖動，高頻振蕩明顯加劇，強烈的尖刺干擾從副邊反射到原邊電路，甚至在電網輸入線和＋20V輔助電源線上，都疊加了幅度高達5～6V的高頻雜訊干擾，並且在控制模塊SG3525A的兩輸出端和高壓開關管中點上脈衝都明顯可見。

    接著將匝數減少10匝，即N=14，L=20.6μH。Io=20～25A（平均每隻IL=10～12.5A），開始穩定了。Io=30A（平均每隻IL=15A）時，高壓脈衝波形后沿仍有抖動。

    最後，匝數減少到只有8～10匝，L=10.1μH。Io=30A（平均每隻IL=15A）時也能穩定工作了。

    現在，對以上情況作一下簡要分析。

    根據作者在該書後面（文獻[1]第234頁）關於輸出濾波電感的計算公式

    L=(Vi－Vo)ton/(2Iomin)    （1）

    而Iomin一般取Io的(5～10)％，單隻磁芯IL=15A的10％為1.5A。

    開關頻率fsw=80kHz。即T=12.5μs。Vi=18V，Vo=15V。

    ton=(Vo/Vi)×(T/2)    (2)

    ton=(15/18)×(12.5/2)=5.2μs

    L=(18－15)×5.2/(2×1.5)=5.2μH。

    這就告訴我們，電感量的最小值為5.2μH，或者說臨界電感值為5.2μH。下面根據伏安（微）秒平衡的原理，來分析上述情況。

    磁能量W為

    W=(1/2)LI2(VAs)or(VAμs)（3）

    電能功率P為

    P=(1/2)LI2fsw（VA）    （4）

    公式轉換後為

    P/fsw=(1/2)LI2



    將P用VI替代，1/fsw用T替代，得以下關係式

       VIT=LI2/2      (5)

    對照圖1可知，V=Vi=18V，I=IL=15A。就有

    VIT=18×15×12.5=270×12.5=3375VAμs。

    當N=24，Lo=58μH，15A時實際電感值取60％，L15=58×0.6=35μH。

    當N=14，Lo=20.6μH，15A時實際電感值取80％，L15=20.6×0.8=16.5μH。

    當N=10，Lo=10.6μH，15A時實際電感值取95％，L15=10.6×0.95=10.1μH。

    分別得到各組磁能為

    WN=24=0.5×35×152=3937.5VAμs（6）

    WN=14=0.5×16.5×152=1856.25VAμs（7）

    WN=10=0.5×10.1×152=1136.25VAμs（8）

    前面計算的磁能為3375VAμs，實際上在占空比等於0.5時，還要折半就只有1687.5VAμs了。

    顯然，這點磁能——1687.5VAμs無法滿足式（6）和（7）這兩種情況。只有在式（8）時磁電能完全滿足要求，因此才能穩定地工作。

    比較理想的情況是，電感值能隨著輸出電流變化而變化。起始電感值，要根據磁芯飽和曲線來確定為臨界電感值的1.5～3倍，不宜過大。以上分析，是否對頭，敬請專家同仁指正。