关于开关电源输出滤波电感的电磁能平衡问题分析

1、关于开关电源输出滤波电感的电磁能平衡问题分析 兼论输出滤波电感不是大了就好 黄永富 (石家庄腾飞磁材（北京）经销部，北京  100016） 摘要：电感量过大时，其工作状态，并不比电感量小时好。通过电磁能平衡关系进行了分析。 关键词：电磁能；临界值；平衡 Balance of Electromagnetic Energy of Outgoing Inductance for Switching Power Supply HUANG Yong- fu  Abstract:The working condition of a larger inductance is not be

2、tter than that of the smaller.The analysis is based on the balance relationship of electromagnetic energy. Keywords:Electromagnetic energy; Critical value; Balance 开关电源的输出滤波电感，也称为平滑扼流圈。它的作用，主要是将整流后的电流进行展平，以得到较稳定的输出和平滑的波形。为了取得更好的效果，是否可以取较大的电感值呢？答案并非如此，取值过大时，反而会引起其它方面的不良影响。     在参考文献1一书

3、中，作者在他试制一台500W半桥式开关电源时，就遇到了这样的情况。     由于输出电流较大，因此采用分流的办法，用了两只外径为40mm的MPP磁粉芯。（文献1第161页）     开始绕了24匝，即N=24，L=58H。当Io=1530A（平均每只IL=7.515A）时，高压开关脉冲波形发生严重的自激抖动，高频振荡明显加剧，强烈的尖刺干扰从副边反射到原边电路，甚至在电网输入线和20V辅助电源线上，都叠加了幅度高达56V的高频噪声干扰，并且在控制模块SG3525A的两输出端和高压开关管中点上脉冲都明显可见。   &

4、#160; 接着将匝数减少10匝，即N=14，L=20.6H。Io=2025A（平均每只IL=1012.5A），开始稳定了。Io=30A（平均每只IL=15A）时，高压脉冲波形后沿仍有抖动。     最后，匝数减少到只有810匝，L=10.1H。Io=30A（平均每只IL=15A）时也能稳定工作了。     现在，对以上情况作一下简要分析。     根据作者在该书后面（文献1第234页）关于输出滤波电感的计算公式     L=(ViVo)ton/(2Iomin) &

5、#160;  （1）     而Iomin一般取Io的(510)，单只磁芯IL=15A的10为1.5A。     开关频率fsw=80kHz。即T=12.5s。Vi=18V，Vo=15V。     ton=(Vo/Vi)×(T/2)    (2)     ton=(15/18)×(12.5/2)=5.2s     L=(1815)×5.2/(2×1.5)=5.2H。

6、    这就告诉我们，电感量的最小值为5.2H，或者说临界电感值为5.2H。下面根据伏安（微）秒平衡的原理，来分析上述情况。     磁能量W为     W=(1/2)LI2(VAs)or(VAs)（3）     电能功率P为     P=(1/2)LI2fsw（VA）    （4）     公式转换后为     P/fsw=(1/2)LI2 图1 

7、; 电原理图     将P用VI替代，1/fsw用T替代，得以下关系式        VIT=LI2/2      (5)     对照图1可知，V=Vi=18V，I=IL=15A。就有     VIT=18×15×12.5=270×12.5=3375VAs。     当N=24，Lo=58H，15A时实际电感值取60，L15=58

8、15;0.6=35H。     当N=14，Lo=20.6H，15A时实际电感值取80，L15=20.6×0.8=16.5H。     当N=10，Lo=10.6H，15A时实际电感值取95，L15=10.6×0.95=10.1H。     分别得到各组磁能为     WN=24=0.5×35×152=3937.5VAs（6）     WN=14=0.5×16.5×152=1856.25VAs（7）     WN=10=0.5×10.1×152=1136.25VAs（8）     前面计算的磁能为3375VAs，实际上在占空比等于0.5时，还要折半就只有1687.5VAs了。     显然，这点磁能1687.5VAs无法满足式（6）和（7）这两种情况。只有在式（8）时磁电能完全满足要求，因此才能稳定地工作。     比较理想的情况是，电感值能随着输出电流变化而变化。起始电感值，要根据磁芯饱和曲线来确定为临界电感值的1