关于开关电源输出滤波电感的电磁能平衡问题分析——兼论输出滤波
关于开关电源输出滤波电感的电磁能平衡问题分析
——兼论输出滤波电感不是大了就好
摘要：电感量过大时，其工作状态，并不比电感量小时好。通过电磁能平衡关系进行了分析。
关键词：电磁能；临界值；平衡
balance of electromagnetic energy of outgoing inductance for switching power supply
huang yong- fu
abstract:the working condition of a larger inductance is not better than that of the smaller.the analysis is based on the balance relationship of electromagnetic energy.
keywords:electromagnetic energy; critical value; balance
开关电源的输出滤波电感，也称为平滑扼流圈。它的作用，主要是将整流后的电流进行展平，以得到较稳定的输出和平滑的波形。为了取得更好的效果，是否可以取较大的电感值呢？答案并非如此，取值过大时，反而会引起其它方面的不良影响。
在参考文献[1]一书中，作者在他试制一台500w半桥式开关电源时，就遇到了这样的情况。
由于输出电流较大，因此采用分流的办法，用了两只外径为φ40mm的mpp磁粉芯。（文献[1]第161页）
开始绕了24匝，即n=24，l=58μh。当io=15～30a（平均每只il=7.5～15a）时，高压开关脉冲波形发生严重的自激抖动，高频振荡明显加剧，强烈的尖刺干扰从副边反射到原边电路，甚至在电网输入线和＋20v辅助电源线上，都叠加了幅度高达5～6v的高频噪声干扰，并且在控制模块sg3525a的两输出端和高压开关管中点上脉冲都明显可见。
接着将匝数减少10匝，即n=14，l=20.6μh。io=20～25a（平均每只il=10～12.5a），开始稳定了。io=30a（平均每只il=15a）时，高压脉冲波形后沿仍有抖动。
最后，匝数减少到只有8～10匝，l=10.1μh。io=30a（平均每只il=15a）时也能稳定工作了。
现在，对以上情况作一下简要分析。
根据作者在该书后面（文献[1]第234页）关于输出滤波电感的计算公式
l=(vi－vo)ton/(2iomin) （1）
而iomin一般取io的(5～10)％，单只磁芯il=15a的10％为1.5a。
开关频率fsw=80khz。即t=12.5μs。vi=18v，vo=15v。
ton=(vo/vi)×(t/2) (2)
ton=(15/18)×(12.5/2)=5.2μs
l=(18－15)×5.2/(2×1.5)=5.2μh。
这就告诉我们，电感量的最小值为5.2μh，或者说临界电感值为5.2μh。下面根据伏安（微）秒平衡的原理，来分析上述情况。
磁能量w为
w=(1/2)li2(vas)or(vaμs)（3）
电能功率p为
p=(1/2)li2fsw（va） （4）
公式转换后为
p/fsw=(1/2)li2
图1 电原理图
将p用vi替代，1/fsw用t替代，得以下关系式
vit=li2/2 (5)
对照图1可知，v=vi=18v，i=il=15a。就有
vit=18×15×12.5=270×12.5=3375vaμs。
当n=24，lo=58μh，15a时实际电感值取60％，l15=58×0.6=35μh。
当n=14，lo=20.6μh，15a时实际电感值取80％，l15=20.6×0.8=16.5μh。
当n=10，lo=10.6μh，15a时实际电感值取95％，l15=10.6×0.95=10.1μh。
分别得到各组磁能为
wn=24=0.5×35×152=3937.5vaμs（6）
wn=14=0.5×16.5×152=1856.25vaμs（7）
wn=10=0.5×10.1×152=1136.25vaμs（8）
前面计算的磁能为3375vaμs，实际上在占空比等于0.5时，还要折半就只有1687.5vaμs了。
显然，这点磁能——1687.5vaμs无法满足式（6）和（7）这两种情况。只有在式（8）时磁电能完全满足要求，因此才能稳定地工作。
比较理想的情况是，电感值能随着输出电流变化而变化。起始电感值，要根据磁芯饱和曲线来确定为临界电感值的1.5～3倍，不宜过大。以上分析，是否对头，敬请专家同仁指正。
参考文献
[1] 刘胜利.现代高频开关电源实用技术[m].北京：电子工业出版社,2001.
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