基于仿真電路的耦合濾波電感設計

在變換器多路輸出中，耦合濾波電感的設計是非常重要的，濾波電路中電感的最基本作用為濾波、振蕩、延遲、陷波等。我們都了解線圈電感量越大，流過越大，儲存的電能也就越多。而對于多路輸出的電源，通常變壓器次級有多個繞組，按照不同的輸出電壓要求，繞組的匝數按照相應的比例來設計。但是反饋回路一般只有一個，而且通常是取功率輸出最大的那一路來反饋。

因此在這里用仿真軟件來表明工作原理和設計思路。可以假設一個正激電源，輸出為：5V/10A、3V/20A，實際電源中反饋回路是從3.3V這路取樣。每路輸出的整流管都是二極管，壓降為0.5V。再假設如下參數：開關頻率f=50KHz；滿載占空比，低壓輸入時為Dmax=0.4；高壓輸入時為Dmin=0.2。根據這些參數，我們可以計算每一路的濾波電感的數值應該為多少，假設電流的紋波為20%，根據工作原理，最大電流紋波出現在最高輸入電壓最大輸出負載時：

由此計算得出變壓器次級5V繞組和3.3V繞組之間的匝比關系為：n=13.75/9.5=1.447。

有了這些參數，我們就可以建立一個簡單的電路模型來模擬雙路輸出的正激變換器的次級部分了。為了簡單起見，我們采用開環控制，這樣的話，輸出一開始會有過沖，我們可以等穩定以后再分析數據，忽略前面過沖的部分。實際電路由于有反饋環，過沖是不存在的。我們用Vpulse這么模型來模擬次級的變壓器繞組輸出，二極管采用MBR2540，電感和電容都是采用的理想元件，沒有考慮ESR等雜散參數。建立如下電路圖，模擬在最低輸入電壓兩路都是最大輸出時的狀態：

圖一

然后如下參數設定時域掃描：

圖二

掃描完成后，觀察輸出電壓：

圖三

從圖上可以看出，待穩定后，輸出電壓是正常的，滿足設計要求。此時兩個電感的電流波形，注意要把電壓探頭刪掉，換成兩個電流探頭，分別放在兩個電感輸入端，同時把波形圖的橫坐標展開，觀察9.9ms到10ms這部分：

圖四

從電感電流波形可以看出，兩路輸出的電感電流都是處于連續模式。

現在假設3.3V輸出的負載不變，5V輸出的這路輸出電流降低，輸出電流從10A降到了0.25A，因為實際電源的反饋是取自3.3V輸出的。那么由于3.3V這路的輸出沒有改變。所以電路的工作占空比沒有發生變化，那么這時候測試一下會發生什么。首先修改5V的輸出負載電阻為20歐。

圖五

(編者按：本文為電源網論壇網友“乞力馬扎羅的雪”原創分享，本文觀點僅代表個人。)