關于開關電源輸出濾波電感的電磁能平衡問題分析——兼論輸出濾波

關于開關電源輸出濾波電感的電磁能平衡問題分析

——兼論輸出濾波電感不是大了就好

摘要：電感量過大時，其工作狀態，并不比電感量小時好。通過電磁能平衡關系進行了分析。

關鍵詞：電磁能；臨界值；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 better than that of the smaller.The analysis is based on the balance relationship of electromagnetic energy.

Keywords:Electromagnetic energy; Critical value; Balance

??? 開關電源的輸出濾波電感，也稱為平滑扼流圈。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？答案并非如此，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，作者在他試制一臺500W半橋式開關電源時，就遇到了這樣的情況。

??? 由于輸出電流較大，因此采用分流的辦法，用了兩只外徑為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（平均每只IL=7.5～15A）時，高壓開關脈沖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的高頻噪聲干擾，并且在控制模塊SG3525A的兩輸出端和高壓開關管中點上脈沖都明顯可見。

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

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

??? 現在，對以上情況作一下簡要分析。

??? 根據作者在該書后面（文獻[1]第234頁）關于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)％，單只磁芯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）

??? 公式轉換后為

??? P/fsw=(1/2)LI2

圖1? 電原理圖

??? 將P用VI替代，1/fsw用T替代，得以下關系式

?????? 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，實際上在占空比等于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。

參考文獻

[1]? 劉勝利.現代高頻開關電源實用技術[M].北京：電子工業出版社,2001.

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2018-08-13 08:00:00

多種開關電源輸出濾波器技術介紹及如何影響開關電源轉換器的補償

的多級濾波器，來消除開關電源轉換器的輸出噪聲。此外，了解濾波器設計如何影響開關電源轉換器的補償也很重要。

2018-09-27 09:43:00

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開關電源原理及各功能電路的詳解

　一、 開關電源的電路組成［/b］：： 開關電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。 開關電源的電路組成方框圖如下：

2019-11-06 16:27:32

單片開關電源的電磁兼容性設計及EMI濾波器的電路設計詳細說明

介紹了單片開關電源的電磁兼容性（EMC）設計，內容包括對電磁干擾波形和電路模型進行分析，以及EMI濾波器的電路設計。

2019-11-20 16:53:57

開關電源的濾波電容的作用是什么

大部分的電子設計者一般都知道濾波電容在開關電源中可以起到的作用，但是在開關電源輸出端所用的濾波電容上，跟工頻電路中所選用的濾波電容并不相同。在開關電源中作為輸出濾波所用的電解電容器，它上鋸齒波電壓

2021-03-29 17:00:28

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開關電源中電感以及磁珠的關系分析

，磁珠則是能量轉換裝置。電感是主要用在電力濾波器電路，而開關電源磁珠則主要是用在信號電路，磁珠它主要用于抑制電磁的輻射干擾，而電感則主要是用于抑制導電干擾。這兩種方法都可以用來處理EMC、EMI的問題。磁珠被用來吸收

2021-04-20 17:19:56

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開關電源中電感以及磁珠的關系分析（二）

開關電源片式電感以及片式磁珠的應用諧振電路需要的是開關電源片式電感，而片式磁珠則是消除不必要的開關電源電磁干擾噪聲的最佳選擇。片式電感主要是用于射頻以及無線通信、信息技術設備、雷達探測器、汽車電子

2021-04-20 17:21:00

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開關電源輸出電感燒毀的原因分析

開關電源輸出電感燒毀原因有哪些 ①電感與開關電源輸出功率不匹配。線圈直流電阻大，導致滿負荷或超負荷輸出時，線圈溫度持續升高直至燒毀。這種原因可能性有但又不大。 ②電源長時間超負荷運行(可能性較大

2021-06-16 01:51:48

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高頻開關電源及濾波器的電磁兼容設計

高頻開關電源及濾波器的電磁兼容設計

2021-06-18 09:24:48

開關電源濾波電路的電磁兼容優化設計

開關電源濾波電路的電磁兼容優化設計

2021-06-18 09:36:51

開關電源電路圖及原理解析

開關電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。

2021-06-25 10:00:47

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開關電源LC濾波器設計

開關電源LC濾波器的主要功能是濾除紋波，滿足EMI的需求?？词呛唵?，就電感和電容，設計實際中有很多要考慮的因素，電感電容的特性，還有布板和其他元件的分布參數。還要考慮濾波器的輸入輸出阻抗。 ? LC

2021-08-09 11:12:03

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多路輸出單端反激式開關電源原理及設計

多路輸出單端反激式開關電源原理及設計(現代電源技術試卷及答案)-多路輸出單端反激式開關電源原理及設計。本文介紹了一種基于TOPSwith系列芯片設計的小功率多路輸出AC/DC開關電源

2021-09-27 11:58:09

常用開關電源原理及各功能電路介紹

常用開關電源原理及各功能電路介紹(開關電源技術要求)-開關電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護

2021-09-27 16:45:40

開關電源濾波電容

開關電源濾波電容(電源技術雜志網址)-芯片資料英文版用于學習開關電源濾波電容設計

2021-09-29 16:20:27

開關電源講解 -- 以反激式開關電源為例

功率（電壓低則增大輸出功率，反之則減小），最終達到一個動態平衡，穩定電壓是一個不斷反饋的結果。二、瞬變濾波電路解析市電接入開關電源之后，首先進入瞬變濾波電路（Transient Filter...

2021-10-21 15:36:11

開關電源中如何選擇合適的電感

不夠熟悉，往往會在設計中很被動，耗費大量的時間。理解電感的功能電感元器件是開關電源輸出端中的LC濾波電路中的“L”在降壓轉換中，電感的一端是連接到DC輸出電壓。另一端通過開關頻率切換連接到輸入電壓

2022-01-07 14:33:11

電流紋波率分析與輸出濾波電感的優化設計

。為解決這一缺陷，深入分析了 Buck 變換器電流紋波率的選取理論依據，提出輸出濾波電感的優化設計。該方法綜合考慮了變換器各應力參數、濾波電感的體積及變換器的動態性能，最終確定了電流紋波率最佳值約為 0.4，以此計算的濾

2022-06-20 10:58:56

電流紋波率分析與輸出濾波電感的優化設計

2022-12-19 14:08:26

共模電感在開關電源中的應用

共模電感（共模扼流圈），構成各種濾波器對電磁干擾進行濾波，抑制各種高速信號產生的電磁波向外發射，所以它一般是應用于開關電源電路中起抑制作用。共模電感對交流電流起著阻礙的作用。對于共模電感，我們一般見的比較多的就是貼片和繞線等。

2023-04-04 09:38:10

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開關電源輸出電壓不足的原因

空載輸出電壓偏低或空載輸出電壓正常接上3A的模擬負載時電壓偏低時，屬于開關電源內部電路故障。 開關電源內部一般具有電磁干擾濾波電路（EMI）、整流濾波電路、功率開關管、PWM控制器電路、副邊反饋電路、過欠壓保護、過流短路保護電路等。

2023-04-04 10:56:40

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設計用于開關電源的第二級輸出濾波器

。已經表明，在許多應用中，經過適當濾波的開關轉換器可以取代線性穩壓器，以產生低噪聲電源。即使在那些需要極低噪聲電源的苛刻應用中，電源樹上游的某個地方也可能有一個開關電路。因此，需要能夠設計優化的阻尼多級濾波器來清理開關電源轉換器的輸出。此外，重要的是要認識到濾波器設計將如何影響開關電源轉換器的補償。

2023-04-23 11:18:28

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