開關(guān)電源的基本工作原理
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幾種基本類型的開關(guān)電源
顧名思義,開關(guān)電源就是利用電子開關(guān)器件(如晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅閘流管等),通過(guò)控制電路,使電子開關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷”,讓電子開關(guān)器件對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制,從而實(shí)現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換,以及輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓。
開關(guān)電源一般有三種工作模式:頻率、脈沖寬度固定模式,頻率固定、脈沖寬度可變模式,頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于DC/AC逆變電源,或DC/DC電壓變換;后兩種工作模式多用于開關(guān)穩(wěn)壓電源。另外,開關(guān)電源輸出電壓也有三種工作方式:直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣,前一種工作方式多用于DC/AC逆變電源,或DC/DC電壓變換;后兩種工作方式多用于開關(guān)穩(wěn)壓電源。
根據(jù)開關(guān)器件在電路中連接的方式,目前比較廣泛使用的開關(guān)電源,大體上可分為:串聯(lián)式開關(guān)電源、并聯(lián)式開關(guān)電源、變壓器式開關(guān)電源等三大類。其中,變壓器式開關(guān)電源(后面簡(jiǎn)稱變壓器開關(guān)電源)還可以進(jìn)一步分成:推挽式、半橋式、全橋式等多種;根據(jù)變壓器的激勵(lì)和輸出電壓的相位,又可以分成:正激式、反激式、單激式和雙激式等多種;如果從用途上來(lái)分,還可以分成更多種類。
下面我們先對(duì)串聯(lián)式、并聯(lián)式、變壓器式等三種最基本的開關(guān)電源工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹,其它種類的開關(guān)電源也將逐步進(jìn)行詳細(xì)分析。
串聯(lián)式開關(guān)電源
串聯(lián)式開關(guān)電源的工作原理
圖1-1-a是串聯(lián)式開關(guān)電源的最簡(jiǎn)單工作原理圖,圖1-1-a中Ui是開關(guān)電源的工作電壓,即:直流輸入電壓;K是控制開關(guān),R是負(fù)載。當(dāng)控制開關(guān)K接通的時(shí)候,開關(guān)電源就向負(fù)載R輸出一個(gè)脈沖寬度為Ton,幅度為Ui的脈沖電壓Up;當(dāng)控制開關(guān)K關(guān)斷的時(shí)候,又相當(dāng)于開關(guān)電源向負(fù)載R輸出一個(gè)脈沖寬度為Toff,幅度為0的脈沖電壓。這樣,控制開關(guān)K不停地“接通”和“關(guān)斷”,在負(fù)載兩端就可以得到一個(gè)脈沖調(diào)制的輸出電壓uo 。
圖1-1-b是串聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓的波形,由圖中看出,控制開關(guān)K輸出電壓uo是一個(gè)脈沖調(diào)制方波,脈沖幅度Up等于輸入電壓Ui,脈沖寬度等于控制開關(guān)K的接通時(shí)間Ton,由此可求得串聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓uo的平均值Ua為:
式中Ton為控制開關(guān)K接通的時(shí)間,T為控制開關(guān)K的工作周期。改變控制開關(guān)K接通時(shí)間Ton與關(guān)斷時(shí)間Toff的比例,就可以改變輸出電壓uo的平均值Ua 。一般人們都把 稱為占空比(Duty),用D來(lái)表示,即:
串聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓uo的幅值Up等于輸入電壓Ui,其輸出電壓uo的平均值Ua總是小于輸入電壓Ui,因此,串聯(lián)式開關(guān)電源一般都是以平均值Ua為變量輸出電壓。所以,串聯(lián)式開關(guān)電源屬于降壓型開關(guān)電源。
串聯(lián)式開關(guān)電源也有人稱它為斬波器,由于它工作原理簡(jiǎn)單,工作效率很高,因此其在輸出功率控制方面應(yīng)用很廣。例如,電動(dòng)摩托車速度控制器以及燈光亮度控制器等,都是屬于串聯(lián)式開關(guān)電源的應(yīng)用。如果串聯(lián)式開關(guān)電源只單純用于功率輸出控制,電壓輸出可以不用接整流濾波電路,而直接給負(fù)載提供功率輸出;但如果用于穩(wěn)壓輸出,則必須要經(jīng)過(guò)整流濾波。[!--empirenews.page--]
串聯(lián)式開關(guān)電源的缺點(diǎn)是輸入與輸出共用一個(gè)地,因此,容易產(chǎn)生EMI干擾和底板帶電,當(dāng)輸入電壓為市電整流輸出電壓的時(shí)候,容易引起觸電,對(duì)人身不安全。
串聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓濾波電路
大多數(shù)開關(guān)電源輸出都是直流電壓,因此,一般開關(guān)電源的輸出電路都帶有整流濾波電路。圖1-2是帶有整流濾波功能的串聯(lián)式開關(guān)電源工作原理圖。
圖1-2是在圖1-1-a電路的基礎(chǔ)上,增加了一個(gè)整流二極管和一個(gè)LC濾波電路。其中L是儲(chǔ)能濾波電感,它的作用是在控制開關(guān)K接通期間Ton限制大電流通過(guò),防止輸入電壓Ui直接加到負(fù)載R上,對(duì)負(fù)載R進(jìn)行電壓沖擊,同時(shí)對(duì)流過(guò)電感的電流iL轉(zhuǎn)化成磁能進(jìn)行能量存儲(chǔ),然后在控制開關(guān)K關(guān)斷期間Toff把磁能轉(zhuǎn)化成電流iL繼續(xù)向負(fù)載R提供能量輸出;C是儲(chǔ)能濾波電容,它的作用是在控制開關(guān)K接通期間Ton把流過(guò)儲(chǔ)能電感L的部分電流轉(zhuǎn)化成電荷進(jìn)行存儲(chǔ),然后在控制開關(guān)K關(guān)斷期間Toff把電荷轉(zhuǎn)化成電流繼續(xù)向負(fù)載R提供能量輸出;D是整流二極管,主要功能是續(xù)流作用,故稱它為續(xù)流二極管,其作用是在控制開關(guān)關(guān)斷期間Toff,給儲(chǔ)能濾波電感L釋放能量提供電流通路。
在控制開關(guān)關(guān)斷期間Toff,儲(chǔ)能電感L將產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì),流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流iL由反電動(dòng)勢(shì)eL的正極流出,通過(guò)負(fù)載R,再經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管D的正極,然后從續(xù)流二極管D的負(fù)極流出,最后回到反電動(dòng)勢(shì)eL的負(fù)極。
對(duì)于圖1-2,如果不看控制開關(guān)K和輸入電壓Ui,它是一個(gè)典型的反 型濾波電路,它的作用是把脈動(dòng)直流電壓通過(guò)平滑濾波輸出其平均值。
圖1-3、圖1-4、圖1-5分別是控制開關(guān)K的占空比D等于0.5、< 0.5、> 0.5時(shí),圖1-2電路中幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的電壓和電流波形。圖1-3-a)、圖1-4-a)、圖1-5-a)分別為控制開關(guān)K輸出電壓uo的波形;圖1-3-b)、圖1-4-b)、圖1-5-b)分別為儲(chǔ)能濾波電容兩端電壓uc的波形;圖1-3-c)、圖1-4-c)、圖1-5-c)分別為流過(guò)儲(chǔ)能電感L電流iL的波形。
在Ton期間,控制開關(guān)K接通,輸入電壓Ui通過(guò)控制開關(guān)K輸出電壓uo,然后加到儲(chǔ)能濾波電感L和儲(chǔ)能濾波電容C組成的濾波電路上,在此期間儲(chǔ)能濾波電感L兩端的電壓eL為:
式中:Ui輸入電壓,Uo為直流輸出電壓,即:電容兩端的電壓uc的平均值。[!--empirenews.page--]
在此順便說(shuō)明:由于電容兩端的電壓變化量ΔU相對(duì)于輸出電壓Uo來(lái)說(shuō)非常小,為了簡(jiǎn)單,我們這里把Uo當(dāng)成常量來(lái)處理。在某種情況下,如需要對(duì)電容的初次充、放電過(guò)程進(jìn)行分析時(shí),必須需要建立微分方程,并求解。因?yàn)檩敵鲭妷篣o的建立需要一定的時(shí)間,精確計(jì)算得出的結(jié)果中一般都含有指數(shù)函數(shù)項(xiàng),當(dāng)令時(shí)間變量等于無(wú)窮大時(shí),即電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí),再對(duì)相關(guān)參量取平均值,其結(jié)果就基本與(1-4)相等。
對(duì)(1-4)式進(jìn)行積分得:
式中i(0)為控制開關(guān)K轉(zhuǎn)換瞬間(t = 0時(shí)刻),即:控制開關(guān)K剛接通瞬間流過(guò)電感L的電流,或稱流過(guò)電感L的初始電流。
當(dāng)控制開關(guān)K由接通期間Ton突然轉(zhuǎn)換到關(guān)斷期間Toff的瞬間,流過(guò)電感L的電流iL達(dá)到最大值:
在Toff期間,控制開關(guān)K關(guān)斷,儲(chǔ)能電感L把磁能轉(zhuǎn)化成電流iL,通過(guò)整流二極管D繼續(xù)向負(fù)載R提供能量,在此期間儲(chǔ)能濾波電感L兩端的電壓eL為:
式中–Uo前的負(fù)號(hào),表示K關(guān)斷期間電感產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的方向與K接通期間電感產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的方向正好相反。對(duì)(1-7)式進(jìn)行積分得:
式中i(Ton+)為控制開關(guān)K從Ton轉(zhuǎn)換到Toff的瞬間之前流過(guò)電感的電流,i(Ton+)也可以寫為i(Toff-),即:控制開關(guān)K關(guān)斷或接通瞬間,之前和之后流過(guò)電感L的電流相等。實(shí)際上(1-8)式中的i(Ton+)就是(1-6)式中的iLm,即:
因此,(1-9)式可以改寫為:
當(dāng)t = Toff時(shí)iL達(dá)到最小值。其最小值為:
上面計(jì)算都是假設(shè)輸出電壓Uo基本不變的情況得到的結(jié)果,在實(shí)際應(yīng)用電路中也正好是這樣,輸出電壓Uo的電壓紋波非常小,只有輸出電壓的百分之幾,工程計(jì)算中完全可以忽略不計(jì)。
從(1-4)式到(1-11)和圖1-3、圖1-4、圖1-5中可以看出:
當(dāng)開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流或連續(xù)電流狀態(tài)時(shí),在K接通和關(guān)斷的整個(gè)周期內(nèi),儲(chǔ)能電感L都有電流流出,但在K接通期間與K關(guān)斷期間,流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流的上升率(絕對(duì)值)一般是不一樣的。在K接通期間,流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率為: ;在K關(guān)斷期間,流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率為: 。因此:[!--empirenews.page--]
(1)當(dāng)Ui = 2Uo時(shí),即濾波輸出電壓Uo等于電源輸入電壓Ui的一半時(shí),或控制開關(guān)K的占空比D為二分之一時(shí),流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率,在K接通期間與K關(guān)斷期間絕對(duì)值完全相等,即電感存儲(chǔ)能量的速度與釋放能量的速度完全相等。此時(shí),(1-5)式中i(0)和(1-11)式中iLX均等于0。在這種情況下,流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流iL為臨界連續(xù)電流,且濾波輸出電壓Uo等于濾波輸入電壓uo的平均值Ua。參看圖1-3。
(2)當(dāng)Ui > 2Uo時(shí),即:濾波輸出電壓Uo小于電源輸入電壓Ui的一半時(shí),或控制開關(guān)K的占空比小于二分之一時(shí):雖然在K接通期間,流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率(絕對(duì)值),大于,在K關(guān)斷期間,流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率(絕對(duì)值);但由于(1-5)式中i(0)等于0,以及Ton小于Toff,此時(shí),(1-11)式中的iLX會(huì)出現(xiàn)負(fù)值,即輸出電壓反過(guò)來(lái)要對(duì)電感充電,但由于整流二極管D的存在,這是不可能的,這表示流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流提前過(guò)0,即有斷流。在這種情況下,流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流iL不是連續(xù)電流,開關(guān)電源工作于電流不連續(xù)狀態(tài),因此,輸出電壓Uo的紋波比較大,且濾波輸出電壓Uo小于濾波輸入電壓uo的平均值Ua。參看圖1-4。
(3)當(dāng)Ui < 2Uo時(shí),即:濾波輸出電壓Uo大于電源輸入電壓Ui的一半時(shí),或控制開關(guān)K的占空比大于二分之一時(shí):在K接通期間,雖然流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率(絕對(duì)值),小于,在K關(guān)斷期間,流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率(絕對(duì)值)。但由于Ton大于Toff,(1-5)式中i(0)和(1-11)式中iLX均大于0,即:電感存儲(chǔ)能量每次均釋放不完。在這種情況下,流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流iL是連續(xù)電流,開關(guān)電源工作于連續(xù)電流狀態(tài),輸出電壓Uo的紋波比較小,且濾波輸出電壓Uo大于濾波輸入電壓uo的平均值Ua。參看圖1-5。
串聯(lián)式開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電感的計(jì)算
從上面分析可知,串聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓Uo與控制開關(guān)的占空比D有關(guān),還與儲(chǔ)能電感L的大小有關(guān),因?yàn)閮?chǔ)能電感L決定電流的上升率(di/dt),即輸出電流的大小。因此,正確選擇儲(chǔ)能電感的參數(shù)相當(dāng)重要。
串聯(lián)式開關(guān)電源最好工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài),或連續(xù)電流狀態(tài)。串聯(lián)式開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時(shí),濾波輸出電壓Uo正好是濾波輸入電壓uo的平均值Ua,此時(shí),開關(guān)電源輸出電壓的調(diào)整率為最好,且輸出電壓Uo的紋波也不大。因此,我們可以從臨界連續(xù)電流狀態(tài)著手進(jìn)行分析。我們先看(1-6)式:
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),即D = 0.5時(shí),i(0) = 0,iLm = 2 Io,因此,(1-6)式可以改寫為:
式中Io為流過(guò)負(fù)載的電流(平均電流),當(dāng)D = 0.5時(shí),其大小正好等于流過(guò)儲(chǔ)能電感L最大電流iLm的二分之一;T為開關(guān)電源的工作周期,T正好等于2倍Ton。
由此求得:
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(1-13)和(1-14)式,就是計(jì)算串聯(lián)式開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電感L的公式(D = 0.5時(shí))。(1-13)和(1-14)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)能濾波電感L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)。
如果增大儲(chǔ)能濾波電感L的電感量,濾波輸出電壓Uo將小于濾波輸入電壓uo的平均值Ua,因此,在保證濾波輸出電壓Uo為一定值的情況下,勢(shì)必要增大控制開關(guān)K的占空比D,以保持輸出電壓Uo的穩(wěn)定;而控制開關(guān)K的占空比D增大,又將會(huì)使流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL不連續(xù)的時(shí)間縮短,或由電流不連續(xù)變成電流連續(xù),從而使輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P進(jìn)一步會(huì)減小,輸出電壓更穩(wěn)定。
如果儲(chǔ)能濾波電感L的值小于(1-13)式的值,串聯(lián)式開關(guān)電源濾波輸出的電壓Uo將大于濾波輸入電壓uo的平均值Ua,在保證濾波輸出電壓Uo為一定值的情況下,勢(shì)必要減小控制開關(guān)K的占空比D,以保持輸出電壓Uo的值不變;控制開關(guān)K的占空比D減小,將會(huì)使流過(guò)濾波電感L的電流iL出現(xiàn)不連續(xù),從而使輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P增大,造成輸出電壓不穩(wěn)定。
由此可知,調(diào)整串聯(lián)式開關(guān)電源濾波輸出電壓Uo的大小,實(shí)際上就是同時(shí)調(diào)整流過(guò)濾波電感L和控制開關(guān)K占空比D的大小。
由圖1-4可以看出:當(dāng)控制開關(guān)K的占空比D小于0.5時(shí),流過(guò)濾波電感L的電流iL出現(xiàn)不連續(xù),輸出電流Io小于流過(guò)濾波電感L最大電流iLm的二分之一,濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P將顯著增大。因此,串聯(lián)式開關(guān)電源最好不要工作于圖1-4的電流不連續(xù)狀態(tài),而最好工作于圖1-3和圖1-5表示的臨界連續(xù)電流和連續(xù)電流狀態(tài)。
串聯(lián)式開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài),輸出電壓Uo等于輸入電壓Ui的二分之一,等于濾波輸入電壓uo的平均值Ua;且輸出電流Io也等于流過(guò)濾波電感L最大電流iLm的二分之一。
串聯(lián)式開關(guān)電源工作于連續(xù)電流狀態(tài),輸出電壓Uo大于輸入電壓Ui的二分之一,大于濾波輸入電壓uo的平均值Ua;且輸出電流Io也大于流過(guò)濾波電感L最大電流iLm的二分之一。
串聯(lián)式開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電容的計(jì)算
我們同樣從流過(guò)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(guò)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(guò)儲(chǔ)能濾波電感電流,Io為流過(guò)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(guò)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(guò)負(fù)載的電流Io等于流過(guò)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(guò)控制開關(guān)K輸出電壓uo ,在輸出電壓uo作用下,流過(guò)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(guò)儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL開始大于流過(guò)負(fù)載的電流Io ,所以流過(guò)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兩端電壓開始上升。[!--empirenews.page--]
當(dāng)作用時(shí)間t等于Ton的時(shí)候,流過(guò)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(méi)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)椋鬟^(guò)儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL還大于流過(guò)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(guò)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(shuō)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(méi)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(lái)說(shuō)非常大(正弦曲線的周期:T = ),即:由儲(chǔ)能濾波電感L和儲(chǔ)能濾波電容組成諧振回路的諧振頻率,相對(duì)于開關(guān)電源的工作頻率來(lái)說(shuō),非常低,而電容兩端的充放電曲線變化范圍只相當(dāng)于正弦曲線零點(diǎn)幾度的變化范圍,因此,電容兩端的充、放電曲線基本上可以看成是直線,這相當(dāng)于用曲率的平均值取代曲線曲率。同理,圖1-3、圖1-4、圖1-5中儲(chǔ)能濾波電容C的兩端電壓都可以看成是按直線變化的電壓,或稱為電壓或電流鋸齒波。
實(shí)際應(yīng)用中,一般都是利用平均值的概念來(lái)計(jì)算儲(chǔ)能濾波電容C的數(shù)值。值得注意的是:濾波電容C進(jìn)行充、放電的電流ic的平均值Ia正好等于流過(guò)負(fù)載的電流Io,因?yàn)椋贒等于0.5的情況下,電容充、放電的時(shí)間相等,只要電容兩端電壓的平均值不變,其充、放電的電流必然相等,并等于流過(guò)負(fù)載的電流Io。
濾波電容C的計(jì)算方法如下:
由圖1-6可以看出,在控制開關(guān)的占空比D等于0.5的情況下,電容器充、放電的電荷和充、放電的時(shí)間,以及正、負(fù)電壓紋波值均應(yīng)該相等,并且電容器充電流的平均值也正好等于流過(guò)負(fù)載的電流。因此,電容器充時(shí),電容器存儲(chǔ)的電荷ΔQ為:
(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(guò)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(shuō)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。[!--empirenews.page--]
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(guò)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(lái)選取儲(chǔ)能濾波電容的參數(shù)