反激式開關電源輸出濾波電容器的選擇

發布時間：2011-8-16 09:34 發布者：ipolo

1．反激式開關電源輸出整流濾波電路工作狀態分析

反激式開關電源輸出整流濾波電路原理上是最簡單的。但是，由于反激式開關電源的能量傳遞必須通過變壓器轉換實現，并壓器的初次級兩側的開關（MOSFET或整流二極管）均工作在電流斷續狀態。在相同輸出功率條件下，反激式開關電源的開關流過的電流峰值和有效值大于正激式、橋式、推挽式開關電源。為了獲得更低的輸出電壓尖峰，通常的反激式開關電源工作在電感電流（變壓器儲能）斷續狀態，這就進一步增加了開關元件的電流額定。

開關電源的電路拓撲對輸出整流濾波電容器影響也是非常大的，由于反激式開關電源的輸出電流斷續性，其交流分量需要由輸出整流濾波電容器吸收，當電感電流斷續時輸出整流濾波電容器的需要吸收的紋波電流相對最大。

對應的輸出整流二極管的電流波形如圖1，輸出濾波電容器的電流波形如圖2。

圖1 反激式開關電源的輸出整流二極管的電流波形

圖2 輸出濾波電容器的電流波形

由圖1可以得到流過輸出整流二極管電流峰值與平均值、有效值的關系為如下。

流過輸出整流器的峰值電流與平均值電流的關系：

（1）

流過輸出整流器的有效值電流與峰值值電流的關系：

（2）

流過整流器的有效值電流與平均值電流的關系：

（3）

式中：IrecM、Irecrms、IO、Dmax分別為流過輸出整流器的峰值電流、有效值電流、平均值電流和輸出整流二極管的最大導通占空比。

流過輸出濾波電容器的電流有效值略小于流過輸出整流器的有效值電流。

式（1）、（2）、（3）表明，隨著輸出整流器導通占空比的減小，相同輸出電流平均值對應道德峰值電流、有效值電流隨占空比的減小而增加。

在大多數情況下，反激式開關電源工作在變壓器電流臨界或斷續狀態。在變壓器電流臨界狀態下，初級側開關管導通占空比與輸出整流器導通占空比相加為1。

在大多數情況下，反激式開關電源的輸出整流器的最大導通占空比約為0.5。這樣，流過輸出整流器的電流峰值與輸出平均值電流之間的關系為：

（4）

有效值電流于輸出電流平均值的關系為：

（5）

2．設計實例與分析

某反激式開關電源的技術參數為：電路圖拓撲：反激式；輸入電壓：85Vac"264Vac工作頻率：65kHz ；輸出：12V/5A；紋波電壓：50mV；CLC濾波。

（1）第一級濾波電容器的選擇

對于輸出電流5A對應的峰值電流為20A、有效值電流為14.14A，其中大部分流入濾波電容器。按最高溫度的紋波電流2倍選用電容器，濾波電容器的紋波電流之和至少要7A。

25V/1000μF低ESR鋁電解電容器的額定紋波電流約為1A，需要7只并聯。如果非要5只并聯甚至4只并聯，也是可以運行的，但是不具有長期可靠性。

25℃溫度下，25V/1000μF低ESR鋁電解電容器的ESR約為0.09Ω。7只并聯對應的ESR為129mΩ、5只并聯為180mΩ、4只并聯為225mΩ。由電流變化在ESR上產生的峰值電壓分別為2.59V、3.60V、4.50V。除此之外，濾波電容器的ESL還會在整流二極管開通時由于電流的躍變而產生感生電勢，這個感生電勢同樣會加到濾波電容器上，因此，濾波電容器上的峰值電壓將不只是上述的2.59V、3.60V、4.50V。其電壓波形如圖3。

圖3 第一級濾波電容器的電壓波形

很顯然，2.59V、3.60V、4.50V是不能滿足設計要求的，需要在第一級濾波電容器后面加上一級LC低通濾波器。

（2）第二極LC低通濾波器的設計與參數選擇

第二級需要考慮的是如何將不能滿足要求紋波電壓經過LC濾波使其滿足要求。通常濾波電感可以選擇30"100μH，輸出濾波電容器不僅要考慮輸出紋波電壓是否可以滿足要求，還要考慮抑制負載電流的變化，在這里可以選擇330"1000μF/25V。

本文地址：http://m.qingdxww.cn/thread-73357-1-1.html 【打印本頁】

本站部分文章為轉載或網友發布，目的在于傳遞和分享信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責；文章版權歸原作者及原出處所有，如涉及作品內容、版權和其它問題，我們將根據著作權人的要求，第一時間更正或刪除。