開關電源原理與設計（連載四）串聯(lián)式開關電源儲能濾波電容的計算

1-2-4.串聯(lián)式開關電源儲能濾波電容的計算

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、放電過程進行分析，然后再對儲能濾波電容C的數(shù)值進行計算。

圖1-6是串聯(lián)式開關電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時，串聯(lián)式開關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為流過負載的電流。圖1-6-a)是控制開關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。當串聯(lián)式開關電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時，控制開關K的占空比D等于0.5，流過負載的電流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K接通，輸入電壓Ui通過控制開關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進行充電，儲能濾波電容C的兩端電壓開始上升。

當作用時間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還大于流過負載的電流Io ;當作用時間t等于二分之一Toff的時候，流過儲能濾波電感L的電流iL正好等于負載電流Io，儲能濾波電容C的兩端電壓達到最大值，電容停止充電，并開始從充電轉為放電。

可以證明，儲能濾波電容進行充電時，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說明，請參考后面圖1-23、圖1-24、圖1-25的詳細分析。

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和儲能濾波電容構成的時間常數(shù)相對于控制開關的接通或關斷時間來說非常大(正弦曲線的周期：

(1-17)和(1-18)式，就是計算串聯(lián)式開關電源儲能濾波電容的公式(D = 0.5時)。式中：Io是流過負載的電流，T為控制開關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兩部分，所以這里遵照習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)式的計算結果，只給出了計算串聯(lián)式開關電源儲能濾波電容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果上再乘以一個大于1的系數(shù)。

當儲能濾波電容的值小于(1-17)式的值時，串聯(lián)式開關電源濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P會增大，并且當開關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)式計算結果的2倍以上來選取儲能濾波電容的參數(shù)