濾波網(wǎng)絡(luò)與拓?fù)潢P(guān)系
(輸入輸出)濾波網(wǎng)絡(luò)在電路中的地位,拓?fù)潆姼?變壓器)是拓?fù)湫枰?,濾波電感是紋波需要,只有當(dāng)拓?fù)潆姼胁蛔阋詽M足紋波要求時(shí),才使用濾波電感(增加LC濾波網(wǎng)絡(luò))。
這意味著:
1、如果拓?fù)潆姼袧M足紋波要求,可以不要濾波電路。
2、當(dāng)拓?fù)潆姼胁荒軡M足紋波要求時(shí),才另外單獨(dú)考慮濾波電路。
3、拓?fù)潆姼械闹饕蝿?wù)是應(yīng)對(duì)拓?fù)湫枰哪芰哭D(zhuǎn)移,而不是應(yīng)對(duì)紋波的。
4、濾波電路的唯一任務(wù)就是濾波,不干別的。
濾波網(wǎng)絡(luò)與拓?fù)涞年P(guān)系:
所有電壓型拓?fù)淇偪梢赃@樣表達(dá):
其中,輸入電容Cin、輸出電容Cout都的拓?fù)湓试S的,甚至是拓?fù)浔仨毜摹?br />
同時(shí),Cin、Cout也可以理解為拓?fù)浔旧淼?、自帶的濾波電路。
這里,虛線內(nèi)的濾波網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在是一個(gè)電容,也就是二端濾波網(wǎng)絡(luò),但是它也可以是三端甚至四端網(wǎng)絡(luò)。
注意:圖中沒(méi)有任何電感,拓?fù)涞碾姼?或者變壓器)在拓?fù)淠K內(nèi)沒(méi)有畫出來(lái)。
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輸出濾波網(wǎng)絡(luò)
對(duì)于大多數(shù)電壓型拓?fù)涠裕敵龆丝傆幸粋€(gè)電容Cout,而且這個(gè)電容就是濾波的意思。
一般情況下,我們總可以通過(guò)調(diào)整Cout的大小滿足任何需要的紋波要求。
然而在某些情況下,我們無(wú)法通過(guò)調(diào)整Cout的大小獲得需要的輸出紋波,比如:
1、滿足需要的紋波時(shí),需要的Cout太大,成本和體積不允許。
2、在接近短路運(yùn)行時(shí)(比如電焊機(jī)或者點(diǎn)焊機(jī)),普通電容的電流指標(biāo)不能滿足要求。
3、某些應(yīng)用不允許太大的Cout存在,比如逆變系統(tǒng),太大的Cout將導(dǎo)致控制的困難。
4、出于可靠性的考慮,在輸出端不使用電解電容。
5、高精度電源,由于電容ESR的存在,始終達(dá)不到要求的輸出紋波指標(biāo)。
怎么辦呢?
其實(shí)很簡(jiǎn)單:
1、找出能夠接受的電容
2、把這個(gè)電容一分為二
3、中間放一個(gè)適當(dāng)?shù)碾姼?br />
4、調(diào)整這個(gè)電感直到滿足輸出紋波的要求。
幾點(diǎn)說(shuō)明:
1、一般電源都是輸出有功功率,即阻性負(fù)載,這時(shí)我們直接取Co1 = Co2濾波效果最好。
2、即使負(fù)載有部分感性成分,因?yàn)橐话鉉o2都比較大,其容抗足以應(yīng)付較大的感性負(fù)載沖擊,一般不必考慮加大Co2.
3、容性負(fù)載(比如電解電源和充電電源)時(shí),可考慮減小Co2(即突出Co1),大幅度減小也沒(méi)有關(guān)系。
4、電焊電源可以(應(yīng)該)取消Co2.
5、諧振負(fù)載(比如超聲波電源、感應(yīng)加熱電源)慎用此法。
6、濾波就是濾波,別和拓?fù)淅锩娴碾姼袛囋谝黄?,只有這樣才能達(dá)到最好的效果。
7、除特殊情況外,不建議使用兩極或多級(jí)LC濾波,在總電容量和總用銅用磁量相當(dāng)?shù)那闆r下,單級(jí)濾波紋波效果最好,也不會(huì)產(chǎn)生駐波干擾。
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設(shè)計(jì)舉例(典型)輸出濾波
將就上一貼的50KHz、100W(120W)反激電源為例,當(dāng)前紋波指標(biāo)為30mV。
現(xiàn)在要求達(dá)到2mV的紋波精度。
方法一:加大輸出濾波電容:
將現(xiàn)用濾波電容C2的2200uF增加15倍,即33mF,輸出紋波則對(duì)應(yīng)降低15倍(沒(méi)考慮ESR),即等于2mV.
如果覺得33mF25V的海量電解不好找,或者不合算.
方法二:增加一級(jí)LC濾波:
當(dāng)Co1 = Co2 = 470uF時(shí),配合一個(gè)5A 1.3uH的電感,輸出(與PWM同頻的)紋波即可下降到1.6mV以下?;蛘撸?br />
當(dāng)Co1 = Co2 = 330uF時(shí),配合一個(gè)5A 2.2uH的電感,輸出紋波即可下降到2.0 mV左右。可見,即使增加一點(diǎn)點(diǎn)LC濾波。對(duì)輸出紋波、成本、體積的改善都是非常顯著的。
再來(lái)看這個(gè)濾波電感的工況:
電流的直流成分5.0A,交流成分0.1A左右,大約只占2%.也就是說(shuō),這個(gè)電感基本上就是個(gè)直流偏電感,交流成分甚微。這意味著可以不必使用高級(jí)材料,也不考慮集膚效應(yīng),用普通鐵粉芯磁環(huán)單股繞制即可。
下面是這個(gè)電感的設(shè)計(jì)參數(shù):
小結(jié)
其實(shí)呢,我們?cè)谳敵龆嗽黾覮C濾波網(wǎng)絡(luò)是很簡(jiǎn)單的事情,直接把濾波電容一分為二、(隨便)然后插入一個(gè)電感(不插入電感等效于原電路),就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇妙的效果,那就是濾波效果顯著提升,而且效果總是比單電容濾波效果好。因此,工程師們應(yīng)該要隨時(shí)變換思維,如果我把濾波電容分成兩個(gè)會(huì)怎么樣,會(huì)不會(huì)更好?這樣既提高了濾波效果,又降低了成本。不用算,肯定比單電容好。
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