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1、耦合滤波电感原理应几位网友的要求，下面给大家简单讲讲在buck变换器基础上发展出来的 正激、半桥、推挽和全桥PWM变换器多路输出中常采用的耦合滤波电感的工作原 理。因为水平有限，只能用仿真软件来简单介绍一下工作原理和设计思路。常见的PWM控制的正激、半桥、推挽和全桥，其实质还是一个buck变换器。 为了简化分析过程，变压器前面的部分我就不说了。仅仅从变压器后面部分开始 说明。对于多路输出的电源，通常变压器次级有多个绕组，按照不同的输出电压要 求，绕组的匝数按照相应的比例来设计。但是反馈回路一般只有一个，而且通常 是取功率输出最大的那一路来反馈。假设有这么一个正激电源，输出为：5V/10A3.3
2、V/20A实际电源中，反馈回路是从3.3V这路取样。再假设每路输出的整流管都是二极管，压降为0.5V。再假设如下参数：开关频率f=50KHz满载占空比，低压输入时为Dmax=0.4高压输入时为Dmin=0.2那么根据这些参数，我们可以来计算每一路的滤波电感的数值应该为多少， 假设电流的纹波为20%，根据工作原理，最大电流纹波出现在最高输入电压最大 输出负载时：（Vg-V）xT由（3.3+ 0.3）心 0x（1一。心）1 _ . U11 -我们还可以计苴出，5V撤出这腾的变压器次魏绕通和能3V输出这晦的变压器枕缓绕组峰值 电压：-，输也蛀鱼*尝需景S5D响 Z33V揄出：U3JV = Vgn +
3、 Vf = 9.5V D球由此我们也可以知道变压器次级5V绕组和3.3V绕组之间的匝比关系为: n=13.75/9.5=1.447有了以上参数，我们就可以建立一个简单的电路模型来模拟双路输出的正激 变换器的次级部分了。为了简单起见，我们采用开环控制，这样的话，输出一开 始会有过冲，我们可以等稳定以后再分析数据，忽略前面过冲的部分。实际电路 由于有反馈环，过冲是不存在的。我们用Vpulse这么模型来模拟次级的变压器 绕组输出，二极管采用MBR2540，电感和电容都是采用的理想元件，没有考虑ESR 等杂散参数。建立如下电路图，模拟在最低输入电压两路都是最大输出时的状态：然后如下参数设定时域扫描扫描
4、完成后，观察输出电压:从图上可以看出，待稳定后，输出电压是正常的，满足设计要求。看看此时两个电感的电流波形，注意要把电压探头删掉，换成两个电流探头， 分别放在两个电感输入端，同时把波形图的横坐标展开，观察9.9ms到10ms这 部分：从电感电流波形可以看出，两路输出的电感电流都是处于连续模式的。现在假设，3.3V输出的负载不变，5V输出的这路输出电流降低，输出电流 从10A降到了 0.25A，因为实际电源的反馈是取自3.3V输出的。那么由于3.3V 这路的输出没有改变。所以电路的工作占空比没有发生变化，那么这时候，会发 生什么事情呢？首先修改5V的输出负载电阻为20欧。然后，修改时域扫描的时间
5、，把扫描时间增加为20ms，以保证输出完全稳 定下来，仿真结束后，如上图再次放上电压探头，看看此时的输出电压是如何变 化的：从图中可以看出，3.3V那路的输出还是正常的，而5V那路的输出已经飙升 到了 7.5V左右。同样把电压探头删掉，换成电流探头，看看电感电流波形。只不过，这次把 时间轴设置成19.9ms20ms，看看：从图中可以看出，5V输出这路，由于负载电流太小，已经进入了 DCM模式。 那么输出电压已经不再是Vout二VinXD 了。这就是多路输出，独立滤波电感存在的一个严重问题。为了解决这个问题， 就引入了耦合电感这个方法。在实际设计过程中，通常把所有的输出都折算到某一路输出来计算磁
6、芯的参 数，然后按照每路输出电流来选择线径。同时，必须使每路输出电感的匝数比与 变压器次级每个绕组的匝数比相同！我们来尝试计算一下：假如把5V绕组输出折算到3.3V绕组的输出，那么：Iout= (5X 10+3.3X20) /3.3=35.15A输出滤波电感应该为有了这两个数值，我们就可以根据AP法求出实际的磁芯大小。这里我就省 略了。我们前面已经有了 5V变压器绕组和3.3V变压器绕组的匝比关系n=1.447, 现在根据能量的关系来计算耦合电感的每一路输出的电感量：5VLgv x Lu + Lg w x I3 3v = LE x I0llt我们知道，电感量之比，等于匝数比的平方，所以可以得到
7、:L加 x 1.447 x I5V + L3 3V x 13 3V - x IoulDinYuanomL3W xI 4472x 10 + L1W x203 = S.65x35J.5顼概=17.538uHLsv =顼 w x 1.447 = 36.72luH把原理图中的两个电感的电感量分别设置为以上参数。然后放置一个耦合 元件K_Linear，并将其参数L1、L2分别设置为两个电感的名字11，12。设置好 负载电阻的阻值：先看看都是满载输出的时候的情况，输出电压从图中可以看出，输出电压都是正常的，满足设计需要。再看看把5V输出 的负载电阻改成20欧的结果会怎么样，下面是仿真后的输出电压波形：可以看到，即便把5V的输出负载变成20欧，此路输出的电压依然能够保持 在一个比较正常的值，而不像独立电感时，电压会飙升到7.5V。这就是耦合电 感带来的好处。很惭愧，我并没有耦合电感输出的正激电源的设计经验。所以，以上只能从 基本原理的角度给大家一些原理性分析。具体的设计过程是否合理，我不能确认。 欢迎有此类设计经验的朋友参与讨论。另外，实际的工程设计中，元件不是理想 化的，耦合电感会存在漏感，而漏感也会影响交叉调整率，所以，实际情况会复 杂的多，耦合电感的结构设计会非常重要。
