開關電源原理與設計串聯式開關電源儲能濾波電感的計（三）

1-2-3．串聯式開關電源儲能濾波電感的計算
      從上面分析可知，串聯式開關電源輸出電壓Uo與控制開關的占空比D有關，還與儲能電感L的大小有關，因為儲能電感L決定電流的上升率（di/dt），即輸出電流的大小。因此，正確選擇儲能電感的參數相當重要。

      串聯式開關電源最好工作於臨界連續電流狀態，或連續電流狀態。串聯式開關電源工作於臨界連續電流狀態時，濾波輸出電壓Uo正好是濾波輸入電壓uo的平均值Ua，此時，開關電源輸出電壓的調整率為最好，且輸出電壓Uo的紋波也不大。因此，我們可以從臨界連續電流狀態著手進行分析。我們先看（1-6）式：

      iLm =(Ui-Uo)/L *Ton + i(0) —— K關斷前瞬間 （1-6）

      當串聯式開關電源工作於臨界連續電流狀態時，即D = 0.5時，i(0) = 0，iLm = 2 Io，因此，（1-6）式可以改寫為：

      2Io = Uo/2L *T —— K關斷前瞬間 （1-12）
      式中Io為流過負載的電流（平均電流），當D = 0.5時，其大小正好等於流過儲能電感L最大電流iLm的二分之一；T為開關電源的工作周期，T正好等於2倍Ton。
      由此求得：
L = Uo/4Io *T —— D = 0.5時 （1-13）
或：
L >Uo/4Io *T =Ui/2Io*T —— D = 0.5時 （1-14）

      （1-13）和（1-14）式，就是計算串聯式開關電源儲能濾波電感L的公式（D = 0.5時）。（1-13）和（1-14）式的計算結果，只給出了計算串聯式開關電源儲能濾波電感L的中間值，或平均值，對於極端情況可以在平均值的計算結果上再乘以一個大於1的係數。
      如果增大儲能濾波電感L的電感量，濾波輸出電壓Uo將小於濾波輸入電壓uo的平均值Ua，因此，在保證濾波輸出電壓Uo為一定值的情況下，勢必要增大控制開關K的占空比D，以保持輸出電壓Uo的穩定；而控制開關K的占空比D增大，又將會使流過儲能濾波電感L的電流iL不連續的時間縮短，或由電流不連續變成電流連續，從而使輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P進一步會減小，輸出電壓更穩定。
      如果儲能濾波電感L的值小於（1-13）式的值，串聯式開關電源濾波輸出的電壓Uo將大於濾波輸入電壓uo的平均值Ua，在保證濾波輸出電壓Uo為一定值的情況下，勢必要減小控制開關K的占空比D，以保持輸出電壓Uo的值不變；控制開關K的占空比D減小，將會使流過濾波電感L的電流iL出現不連續，從而使輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P增大，造成輸出電壓不穩定。
由此可知，調整串聯式開關電源濾波輸出電壓Uo的大小，實際上就是同時調整流過濾波電感L和控制開關K占空比D的大小。
      由圖1-4可以看出：當控制開關K的占空比D小於0.5時，流過濾波電感L的電流iL出現不連續，輸出電流Io小於流過濾波電感L最大電流iLm的二分之一，濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P將顯著增大。因此，串聯式開關電源最好不要工作於圖1-4的電流不連續狀態，而最好工作於圖1-3和圖1-5表示的臨界連續電流和連續電流狀態。
      串聯式開關電源工作於臨界連續電流狀態，輸出電壓Uo等於輸入電壓Ui的二分之一，等於濾波輸入電壓uo的平均值Ua；且輸出電流Io也等於流過濾波電感L最大電流iLm的二分之一。
      串聯式開關電源工作於連續電流狀態，輸出電壓Uo大於輸入電壓Ui的二分之一，大於濾波輸入電壓uo的平均值Ua；且輸出電流Io也大於流過濾波電感L最大電流iLm的二分之一。