開關電源原理與設計（連載九）并聯式開關電源輸出電壓濾波電路

1-4-2.并聯式開關電源輸出電壓濾波電路

上面已經知道，當并聯式開關電源不帶輸出電壓濾波電路時，輸出脈沖電壓的幅度將非常高。但在應用中，大多數并聯式開關電源輸出電壓還是經過整流濾波后的直流電壓，因此，一般開關電源的輸出電路都帶有整流濾波電路。

圖1-12是帶有整流濾波功能的并聯式開關電源工作原理圖。圖1-12中，Ui是開關電源的工作電壓，L是儲能電感，eL為電流iL在儲能電感兩端產生的反電動勢，K是控制開關，R是負載。而圖1-13、圖1-14、圖1-15分別是并聯式開關電源控制開關K工作于占空比為0.5、 0.5、> 0.5時，圖1-12電路中各點的電壓、電流波形。圖圖1-13、圖1-14、圖1-15中Ui是開關電源的輸入電壓，uo是控制開關K兩端的輸出電壓，uc是濾波電容兩端的輸出電壓，Up是開關電源輸出的峰值電壓，Uo是開關電源輸出電壓(平均值)，Ua是開關電源輸出的平均電壓，iL是流過儲能電感L的電流，iLm是流過儲能電感L電流的最大值，Io是流過負載R的電流(平均值)。

當控制開關K接通時，輸入電源Ui開始對儲能電感L加電，流過儲能電感L的電流iL開始增加，同時電流在儲能電感中也要產生反電動勢eL;當控制開關K由接通轉為關斷的時候，儲能電感也會產生反電動勢eL。eL反電動勢的方向與開關K關斷前的方向相反，但與電流的方向相同，因此，在控制開關K兩端的輸出電壓uo等于輸入電壓Ui與反電動勢eL之和。

因此，在Ton期間：

eL = Ldi/dt = Ui —— K接通期間 (1-43)

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對上式進行積分，可求得流過儲能電感L的電流為：

(1-44)式中iL為流過儲能電感L電流的瞬時值，t為時間變量;i(0)為的初始電流，即：控制開關K接通瞬間之前，流過儲能電感L中的電流。當開關電源工作于臨界連續電流狀態時，i(0) = 0 ，由此可以求得流過儲能電感L的最大電流為：

iLm =Ui*Ton/L —— K關斷前瞬間 (1-45)

在開關關斷Toff期間，控制開關K關斷，儲能電感L把電流iLm轉化成反電動勢，與輸入電壓Ui串聯迭加，通過整流二極管D繼續向負載R提供能量，在此期間儲能電感L兩端的電壓eL為：

eL = -Ldi/dt = Uo-Ui —— K關斷期間 (1-46)

式中負號表示反電動勢eL的極性與(1-43)式相反，即：K接通與關斷時電感的反電動勢的極性正好相反。對(1-46)式進行積分得：

式中i(Ton+)為控制開關K從Ton轉換到Toff的瞬間之前流過電感的電流，i(Ton+)也可以寫為i(Toff-)，即：控制開關K關斷或接通瞬間，之前和之后流過電感L的電流相等。實際上(1-47)式中的i(Ton+)就是(1-45)式中的iLm，因此，(1-9)式可以改寫為：