开关电源原理与设计串联式开关电源储能滤波电感的计算

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。