多路輸出濾波電感耦合設計

模塊采用單端正激諧振復位典型電路，副邊采用肖特基整流，雙路輸出濾波電感共用磁心耦合，輸出雙路±12V，其中＋12V路閉環控制，－12V路開環。其主電路如下圖所示。

圖1、正激變換器及輸出濾波主電路圖

電路原理

在主電路中唯有輸出濾波電感與常規電路不同，其它部分就不進行詳述，下面主要對耦合電感模型建立進行介紹。在實際產品中濾波電感放在輸出回路的負端，為了方便講解將電感放在正端，在原理上并無區別。

耦合電感匝數關系確定

圖2、輸出耦合電感濾波電路圖

雙路變壓器共用一個磁心，輸出占空比相同，每路輸出電壓為：

上面兩式中為變壓器輸入電壓，為變壓器原邊繞組匝數，D為占空比，N1,N2分別為兩路變壓器繞組匝數。

雙路輸出濾波電感共用一個磁心，對于每路輸出濾波電感上的電壓VL1和VL2均滿足電磁感應定律，由此可得每路電感上的電壓為

在變壓器原邊開關管關斷時即Toff期間，忽略續流二極管壓降，有VL1＝－V1, VL2= －V2。所以變壓器和耦合電感匝數滿足下面關系。

上式給定了變壓器和電感匝數滿足的關系，所以對于輸出濾波電感耦合的情況其匝數不可按照兩個單路的情況分別確定。

耦合電感感量確定

上面推導了匝數滿足的關系，對于輸出濾波耦合電感的感量如何確定以及滿足的關系下面詳述。

耦合電感實際繞制方式和電流方向如圖3所示，從圖中電流方向可見磁通相互增強，變壓器繞制方式與其相同，只是電流方向不同。

圖3 物理模型

將物理模塊改為相應的磁路模型如下圖

圖4 磁路模型

其中

和

分別為磁材和氣隙的磁阻。

由磁路模型可得出

NL1上感應出相應的電壓VL1為

由于磁阻

相對

來說很小，可忽略

不計。則電感為Lm

由（7）式得耦合電感等效的電路模型如下圖。

圖5 耦合電感等效電路模型

其中虛線框中等效為理想變壓器，其中電流i2相當于電流源，將其折算到原邊為i2’＝

，i1和i2’電流之和流過Lm。

實際物理模型中如果將NL2開路即可得NL1的電感量L1,

由此可見等效耦合電感模型中有下式成立

如果確定了Lm即確定了L1，反過來也即Lm由實際中的L1得來。 將耦合電感等效的電路模型繪制于主電路中，如圖6。

圖6 等效主電路模型

由式（7）基本可以確定各路濾波電感量。對于給定的各路輸出電流變化量即可求得Lm值，然后可以確定磁心。

電路設計

下面給出實際產品中如何根據上面的推導來設計的例子。

模塊的部分指標如下：

輸入電壓：Vin=36～75V；效率η=90%。

額定輸出電壓：Vo=±12V；額定輸出每路電流均為2.7A；

開關頻率f=300KHz

下面分別針對模塊具體指標要求給出變壓器和電感參數的計算過程。

（1） 變壓器匝數的設計

副邊線路壓降和

：二極管壓降＋電感壓降＋線路壓降＝1V

最大占空比：0.65

變壓器副邊繞組輸出電壓：Vs

原邊線路及管壓降Vpw：0.3V

Vs=

=19.8V

原邊最小電壓Vpmin=Vinmin-Vpw＝34.7V。

變比n＝

=1.75

根據AP法算選取磁心，截面積Ae＝45mm2，取

=0.2T

副邊繞組匝數 N1＝

＝4.7匝，取整N1＝5匝，

由于V1=V2，根據式（1），（2）可得N2＝N1=5匝。

原邊繞組匝數：Np＝n*Ns＝8.5匝，取整Np＝8匝。

（2） 電感匝數和感量設計

根據式（5）可得

=

=1

所以 N1=N2

設定每路電感中電流的變化量為

=35％*Io＝0.95A，

實際中輸入高壓時I最大，此時輸出占空比為

D=(V1+

)*n/Vinmax=0.275

Toff=

=2.4uS.

由式（7）得

VL1＝V1=Lm*（

＋

*

）/Toff

Lm= V1*Toff/（

＋

*

）=15.1uH。

利用Ap法選擇磁心，取磁心截面積Ae＝45mm2 ，

＝0.2T，Bmax=2.8T。

Lm中流過負載電流最大值：

實際中選取NL1=NL2=8匝。

最后參數：Np=8匝

N1=N2=5匝

NL1=NL2=8匝

L1＝L2=Lm=15uH.