采用LC濾波的大功率本安Buck開關變換器

由圖3可以看出，LC-Buck變換器是由基本Buck變換器的輸出端多加一級L，C濾波電路所組成，主要由以下幾部分構成：由PWM控制的開關管S；續流二極管D；儲能電感L1；輸出濾波電感L2；輸出濾波電容C1，C2以及負載電阻RL。其中Vi為輸入直流電壓；Vo1為第一級輸出電壓，Vo為第二級輸出電壓。
下面在一個開關周期內分析LC-Buck變換器的工作原理。當開關管S導通時，續流二極管D因承受反向電壓而截止，流過電感L1的電流iL1線性增加，儲能電感L1將電能轉換成磁能儲存在電感L1中，當iL1>Io時，電容C1進入充電狀態。當開關管S斷開時，由于流過儲能電感L1的電流不能突變，所以在L1兩端便感應出一個左負右正的自感電勢，使續流二極管D導通，L1便把原先儲存起來的磁能轉換成電能供給負載。此時，電感電流iL1線性減小，當iL1Io時，電容C1進入放電狀態。LC-Buck變換器在整個動態工作范圍內，由電感L2和電容C2組成二階低通濾波器，對第一級輸出電壓Vo1上的紋波電壓Vpp1進行有效衰減，使得第二級輸出電壓Vo上的紋波電壓Vpp在小電感、小電容的情況下就能達到規定的電氣性能指標要求。

3 實驗驗證
在輸入電壓、開關頻率、等效電容和等效電感都相同的情況下，求兩種變換器的最大輸出功率。具體指標如下所述：
輸入電壓為yi=21～27 V，工作頻率為f=300 kHz，負載電阻RL范圍為10～100 Ω。最大等效電容為Ce,max=5μF，最大等效電感為Le,max= 20μF，最大紋波電壓為Vpp,max=1％Vo。L1=18 μH，C1=1 μF，L2=15μH，C2=0．6μF。
在一定的負載變化范圍內可得基本本安Buck變換器與本安LC-Buck變換器輸出功率與負載電阻之間的關系曲線如圖4所示。

由圖4可以看出，在同樣的輸入條件以及同樣的等效電感及等效電容條件下，本安LC-Buck變換器的最大輸出功率要比基本本安Buck變換器的最大輸出功率大得多。說明在基本本安Buck變換器的輸出端采用LC濾波，能大大提高本安Buck變換器的輸出功率，且能有效降低儲能元件電感、電容的容量。體現出了LC-Buck變換器的優越性。

4 結語
本文首先分析了基本Buck變換器的組成及工作原理；其次提出了采用LC濾波的本安Buck變換器來提高變換器輸出功率的方案，并且分析了LC-Buck變換器的組成及原理。最后通過實驗驗證了LC-Buck變換器可大大提高本安電路輸出功率的結論。