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串聯(lián)式開關(guān)電源儲能濾波電容的計算
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  我們同樣從流過儲能電感的電流為臨界連續(xù)電流狀態(tài)著手,對儲能濾波電容C的充、放電過程進(jìn)行分析,然后再對儲能濾波電容C的數(shù)值進(jìn)行計算。

  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,串聯(lián)式開關(guān)電源電路中各點電壓和電流的波形。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為流過儲能濾波電感電流,Io為流過負(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)是儲能濾波電容C的充、放電曲線圖;圖1-6-c)是流過儲能濾波電感電流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,控制開關(guān)K的占空比D等于0.5,流過負(fù)載的電流Io等于流過儲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通過控制開關(guān)K輸出電壓uo ,在輸出電壓uo的作用下,流過儲能濾波電感L的電流開始增大。當(dāng)作用時間t大于二分之一Ton的時候,流過儲能濾波電感L的電流iL開始大于流過負(fù)載的電流Io ,所以流過儲能濾波電感L的電流iL有一部分開始對儲能濾波電容C進(jìn)行充電,儲能濾波電容C的兩端電壓開始上升。

  當(dāng)作用時間t等于Ton的時候,流過儲能濾波電感L的電流iL為最大,但儲能濾波電容C的兩端電壓并沒有達(dá)到最大值,此時,儲能濾波電容C的兩端電壓還在繼續(xù)上升,因為,流過儲能濾波電感L的電流iL還大于流過負(fù)載的電流Io ;當(dāng)作用時間t等于二分之一Toff的時候,流過儲能濾波電感L的電流iL正好等于負(fù)載電流Io,儲能濾波電容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,儲能濾波電容進(jìn)行充電時,電容兩端的電壓是按正弦曲線的速率變化,而儲能濾波電容進(jìn)行放電時,電容兩端的電壓是按指數(shù)曲線的速率變化,這一點后面還要詳細(xì)說明,請參考后面圖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,實際上它們的變化曲率并沒有那么大。因為儲能濾波電感L和儲能濾波電容構(gòu)成的時間常數(shù)相對于控制開關(guān)的接通或關(guān)斷時間來說非常大(正弦曲線的周期:

 。1-17)和(1-18)式,就是計算串聯(lián)式開關(guān)電源儲能濾波電容的公式(D = 0.5時)。式中:Io是流過負(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的電壓增量,即:ΔUP-P = 2ΔUc 。

  順便說明,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的電壓增量分成兩部分,即:2ΔUc。

  同理,(1-17)和(1-18)式的計算結(jié)果,只給出了計算串聯(lián)式開關(guān)電源儲能濾波電容C的中間值,或平均值,對于極端情況可以在平均值的計算結(jié)果上再乘以一個大于1的系數(shù)。

  當(dāng)儲能濾波電容的值小于(1-17)式的值時,串聯(lián)式開關(guān)電源濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P會增大,并且當(dāng)開關(guān)K工作的占空比D小于0.5時,由于流過儲能濾波電感L的電流iL出現(xiàn)不連續(xù),電容器放電的時間大于電容器充電的時間,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)式計算結(jié)果的2倍以上來選取儲能濾波電容的參數(shù)。


 

狀 態(tài): 離線

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