【導(dǎo)讀】本篇文章從濾波在電路中的地位、濾波與拓?fù)涞年P(guān)系等幾點(diǎn)，對(duì)開(kāi)關(guān)電源變壓器仿真中的濾波進(jìn)行了較為全面的分析。本篇文章總體來(lái)說(shuō)適合剛接觸電源設(shè)計(jì)的新手閱讀，希望大家在閱讀過(guò)后能夠有所收獲。
仿真為電源設(shè)計(jì)者們提供了一種捷徑，讓設(shè)計(jì)者不必將產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)體化就能進(jìn)行測(cè)試。這樣做的好處是，節(jié)省了制造成本，且能夠反復(fù)修改。本文將介紹開(kāi)關(guān)電源當(dāng)中變壓器的仿真的輔助設(shè)計(jì)-濾波，希望大家能夠認(rèn)真閱讀。
輸出PI型濾波器的討論
圖1
圖1中的PI型濾波器，在電源輸出端很常見(jiàn)。這三個(gè)數(shù)值該怎么選擇?
從濾波效果上看，在阻性負(fù)載時(shí)，C1=C2效果最好；感性負(fù)載時(shí)，需C2>C1；容性負(fù)載則相反，當(dāng)輸出是電源（電池）時(shí)，C2可減小到0。不要小看這個(gè)小小的LC濾波，其實(shí)分析起來(lái)很復(fù)雜，考慮到輸入前的電感（正激為濾波電感，反激為次級(jí)電感的占空比等效），實(shí)際上是個(gè)兩級(jí)LC濾波電路。
不過(guò)從工程的觀點(diǎn)來(lái)看，第一個(gè)濾波電容按正常的算法選取，一個(gè)是紋波電壓考慮，一個(gè)是ESR考慮，最后的結(jié)果基本都是由ESR確定。L1/C2的主要作用是抑制開(kāi)關(guān)頻率的紋波，選取按如下原則，其轉(zhuǎn)折頻率為開(kāi)關(guān)頻率的1/4-1/10左右。但有一點(diǎn)需要注意，用431做反饋時(shí)，431的供電要在L1的前面取，這樣系統(tǒng)才穩(wěn)定，反饋分壓可以從后面取，得到最好的穩(wěn)壓精度。如果反饋從后面取，由于L1 C2的相移作用，不容易問(wèn)題。另外L1的值盡量小一些，如1-4.7uH，如果此值大了，明顯輸出電流大時(shí)損耗大。
（輸入輸出）濾波網(wǎng)絡(luò)在電路中的地位
拓?fù)潆姼校ㄗ儔浩鳎┦峭負(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。
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)：
圖2
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Ｍ瑫r(shí)，Cin、Cout 也可以理解為拓?fù)浔旧淼?、自帶的濾波電路。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)涞碾姼校ɑ蛘咦儔浩鳎┰谕負(fù)淠K內(nèi)沒(méi)有畫(huà)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?，輸出端總有一個(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)。
那么應(yīng)該如何解決呢 ？其實(shí)很簡(jiǎn)單：
1、找出這個(gè)我們能夠接受的電容；
2、把這個(gè)電容一分為二；
3、中間放一個(gè)適當(dāng)?shù)碾姼校?/div>
4、調(diào)整這個(gè)電感直到滿足輸出紋波的要求；
圖3
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?Co2 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穑挥羞@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。
