說到濾波器這一塊,絕對是一個大話題.給大家先補充一點濾波器的基本知識.

    濾波器，顧名思義，是對波進行過濾的器件。“波”是一個非常廣 泛的物理概念，在電子技術領域，“波”被用于描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。通過各類傳感器可以將各種物理信號波形轉換為電壓或電流的時間函數，這些波形稱之為各種物理量的時間波形，或者稱之為信號。因為自變量時間‘是連續取值的，所以稱之為連續時間信號，又習慣地稱之為模擬信號(Analog Signal)。

   濾波器的種類有很多,根據濾波頻率分為低通濾波器,高通濾波器,帶通濾波器,帶阻濾波器等.

根據響應類型又可以分為巴特沃斯濾波器,貝塞爾濾波器,切比雪夫濾波器等.

下圖為巴特沃斯高通濾波器

下圖為低通貝塞爾濾波器

下圖為上述三種濾波器的濾波曲線圖

    根據濾波階數可以分為一階濾波器,二階濾波器,三階濾波器等.關于濾波器的種類就先介紹到這里,如果大家有興趣可以百度一下.轉到我們的重點電源濾波器的講解.

    電源濾波器通常是由電容,電感和電阻組成的濾波電路。它可以將開關電源中特定頻率的信號進行有效濾除,從而使電源中我們需要的信號更加干凈純潔.這里我用到了純潔一詞,哈哈.

    電源濾波器常見于輸入端和輸出端.通常輸入端濾波器主要是有兩級,一級是在零線火線輸入端,通常采用的濾波器是共模電感,X電容以及Y電容,用于消除共模信號,降低傳導干擾.下圖為示意圖以及實物圖

另一級濾波器在橋式整流之后,通常是采用電容作為濾波器,確保整流之后的電壓更加平滑.通常此處會用到多個電解電容并聯,保證電壓足夠的平穩.下圖為實物圖

    而開關電源輸出濾波器通常是由輸出濾波器和濾波電容組成,這兩個器件的選擇也是我們要講的重點.講解之前,我們還是先來看一看在電路中具體位置

    由于自己對于電感器設計這一塊以前沒有真正動手計算過,只能通過查找書籍以及技術文檔來小心求證.電感器的計算方法和變壓器的計算方法大致相同,分為AP面積積法,KG法以及經驗估算法.我自己的思路是先將書籍上的計算方法貼出來講解梳理一遍,接著結合自己參考劉勝利老師書籍設計的單端正激式開關電源中的輸出濾波電感計算一遍.

    手頭上的書籍翻了一遍,感覺最簡單也是最直接的計算方法莫過于<開關電源設計>一書中采用的經驗值估算法.輸出電感L=0.3Vo*T/Idc;其中Vo為直流輸出電壓值,T為一個工作周期,Idc為直流輸出電流.這個公式很簡單,同時感覺一目了然,不過我自己沒有驗證過,如果有高手驗證過的,可以站出來說一說.

下面我把該書中使用的計算公式貼出來供大家參考

    目前把手上關于開關電源的書籍翻了一遍,感覺真正講到開關電源中電感器設計的書籍有三本,第一本是張占松老師那本<開關電源的原理與設計>,第二本書<變壓器與電感器設計>,第三本書<現代電力電子的磁技術>.

    張占松老師的書籍中關于電感器的兩種設計計算方法,他都講到了.而后兩本書籍均講解的是KG法計算電感器.在<變壓器與電感器>設計一書中,KG計算方法講解的相當詳細,個人目前覺得是對于我自己的理論計算幫助很大.百度也找了很多的關于電感器計算的文檔,看了一下水的太多,刪了N個,只有3篇文章講解的很好.再仔細看了看,其中有兩篇論文竟然都采用的是KG法.另一篇論文介紹的是磁芯氣隙對于電感器的影響.最近一直也在努力提升自己的計算功力,比較AP法和KG法,發現國外電源高手普遍采用KG法,而AP法在國內的技術文章中看到的比較多.從工程計算上來說,AP法計算相對于KG法簡單也實用,不過AP法的計算存在缺陷,而KG法計算比較準確,但相對繁瑣一點.

    不管怎么說,我還是準備將上述兩種方法分別梳理計算并掌握,計算中難免存在偏差或者差錯,希望大家能及時指正,同時也希望大家能積極補充完善.

    今天就先講到這里,準備洗洗休息了.

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該參賽作品編號為NO.40

生了男孩子，呵呵

    今天繼續講解濾波器的設計計算問題。首先介紹張占松老師《開關電源的原理與設計》一書中的計算方法。該書中計算電感器的方法有兩種，分為為面積積法（AP法）和幾何參數法（KG法）。先介紹面積積法吧

上述計算公式主要是用于描述電感量與匝數（N），磁路有效截面積（Ae），磁路有效長度(lm)，相對磁導率(ur)，真空磁導率(u0)，磁動勢(mmf)等之間的關系。

公式1：

該公式主要描述電感量，匝數，變化的磁通量（Φ）之間的關系。由該式可以看出電感量與變化的電流的乘積等于匝數與變化的磁通量的乘積。同時磁通量Φ等于磁感應強度B與通過某一平面面積S的乘積（假設磁感應強度與面積垂直）。

公式2：

該公式由公式1兩邊積分得來（具體如何積分不清楚），通過該式可以看出電感量與通過電感的電流的乘積等于線圈匝數與工作磁感應強度（Bw）以及磁芯有效截面積(Ae)的乘積。

公式3：

這個公式就很簡單了，這里不詳述。兩邊同乘以匝數N的目的是為后續的公式推導做鋪墊。該公式的物理意義NI表示安匝數。

    補充一下何謂安匝數。安匝是磁動勢（簡稱磁勢）的單位，它等于線圈匝數與線圈通過的電流的乘積，安匝數越大，產生的磁場越強。如同電池的安時數。如果A繞組匝數為1圈，繞組通過10安的電流，B繞組匝數為10圈，通過1A的電流，則A與B場強相等。根據安培環路定律，磁勢F=∮Hdl。它反映的是電流產生磁場的能力，若與電路的電源比較，可將它理解為“磁源”。對于均勻的磁路F=∮Hdl=∑I，在線圈產生的磁場中，等于流過線圈的電流與線圈的匝數的乘積。所以單位為：安匝數。而“匝”本身不是量綱，所以又常常用“安培”作為磁勢的單位。

    變壓器以及電感器計算時會用到安匝平衡這一概念。安匝平衡實際上又叫磁勢平衡。空載時，變壓器的一次繞組有電流通過時，磁路中將產生磁通，并在一二次繞組中產生感應電動勢，用于平衡電源電壓。一般電源電壓變化不大，則磁路中的磁通也將基本維持不變。   負載后，二次繞組中有電流流過，也將產生磁勢，影響磁路中的磁通，從而影響一二次繞組中感應電動勢的數值。當磁路中的磁通變化后，由于電源電壓沒有變，將自動使一次繞組的電流發生變化來使磁路中的磁通維持不變，而一次繞組中電流發生變化會造成磁路中磁勢的變化，該變化約等于二次繞組由于負載的變化導致磁路中磁通的變化量，也就是說一二次繞組產生的磁勢是平衡的。而又因為磁勢等于電流的安培數與繞組的匝數之乘積，因此磁勢平衡又稱為安匝平衡。

公式4：

因為安匝數正好等于磁動勢，于是可以將H*lm帶入公式3中，即可推導出公式4.

    對于磁動勢可能很多人并不是很明白是什么意思，補充講解一下。磁動勢等于某段磁路長度與其磁場強度的乘積，又稱為磁壓。大家可以聯系電壓與電流的計算公式來理解。

公式5：

該公式中工作磁感應強度Bw等于真空磁導率與相對磁導率以及磁場強度的乘積。首先講解一下ur*u0的含義。ur（相對磁導率）*u0（真空磁導率）等于絕對磁導率u。絕對磁導率又稱為磁導率。磁導率通常用于表征磁介質導磁能力的物理量。磁導率越大的材料，導磁性能越好。該物理量類似與使用電阻來表示物體的導電能力。磁導率等于磁介質中磁感應強度B與磁場強度H的比值。在公式5中，磁感應強度為工作磁感應強度（Bw）,磁場強度為H。將u0*ur*H帶入公式4中，便可得公式5。

公式6：可以通過公式1兩邊乘以1/2*i得到。

公式7：，由NI=Hlm可以得到公式7。至此電感量與各電氣參數之間的關系講解完畢。其實上述公式的推導主要是為了梳理一下電感量與磁學中各物理量之間的關系。下一講我們開始正式講解AP法的推導。

   今天正式講解張占松老師的AP法公式的推導。首先貼出張占松老師的計算方法

    下面開始一步一步的分析。根據LI=NBwAe可以得出N=LI/(Bw*Ae),該式兩邊乘以I，則NI=LI^2/(Bw*Ae).這里NI表示安匝數。同時NI=J*K0*Aw（J代表電流密度，K0表示窗口面積使用系數，Aw表示磁芯窗口面積），該公式不是很明白，如果高手看到了，希望講解一下，謝謝。根據NI=LI^2/(Bw*Ae)=J*K0*Aw,可以推導出Aw*Ae=LI^2/(Bw*J*K0)，因為Aw*Ae=AP,所以可以推導出AP=Aw*Ae=LI^2/(Bw*J*K0)。將電流密度J=Kj*AP^x代入上式，可得AP=LI^2*10^4/(Bw*K0*Kj*AP^x),化簡得AP=((LI^2*10^4)/(Bw*K0*Kj))^(1/(1+x)).

    補充講解一下J=Kj*AP^x該公式的由來。

 根據上表可知，我們選用的磁芯為鐵粉磁芯。Kj表示電流密度比例系數，X為一常數，由所選磁芯決定，此處X等于--0.12。

    將X=--0.12代入AP=((LI^2*10^4)/(Bw*K0*Kj))^(1/(1+x))式中，可得AP=((LI^2*10^4)/(Bw*K0*Kj))^1.14,其中AP為磁芯窗口面積，磁芯截面積之乘積，單位為cm^4，Bw為磁芯工作磁感應強渡，K0為窗口使用系數，Kj為電流密度系數。

    補充一下窗口使用系數K0：

    根據圖5-9可知，磁芯工作磁感應強度Bw應該既包含直流狀態下的磁感應強度以及交流狀態下的磁感應強度，即Bw=Bdc+Bac.

    而Bdc=(0.4π*N*Idc/(lg+lm/ur))*10^-4,Bac=((0.4π*N*(?I/2))/(lg+lm/ur))*10^-4,其中lg為電感氣隙。上述兩公式如何得到，我不是很清楚。

同時I=Idc+?I/2.將Bw=Bdc+Bac，Bdc=(0.4π*N*Idc/(lg+lm/ur))*10^-4，Bac=((0.4π*N*(?I/2))/(lg+lm/ur))*10^-4，I=Idc+?I/2，將上述公式代入如下公式：，可

推導出如下公式，

因為lg遠大于lm/ur，則上述公式可以簡寫為

    至此張占松老師的AP計算方法講解完成，不過說心里話，在梳理這套計算公式時，我本身也存在很多的疑問，很多的公式的出處在該書中沒有標明，同時限于自己的理論水平，看懂上面的公式自己感覺有一些吃力，如果有講的不完善或者錯誤的地方希望大家能及時指出來，謝謝。

    今天繼續講解。今天介紹的內容為張占松老師寫的關于電感器的計算方法之二幾何參數法（KG法）。老規矩，先上截圖：

從公式的推導計算可以看出張占松老師關于KG法公式的推導已經省略，不過沒事，我們先梳理一遍，后續我會介紹另一本書籍關于KG法的計算。

目前關于單端正激式開關電源的帖子，我已經發了三萜，希望大家能多多指點。謝謝。以下為其余帖子的鏈接

http://www.daogou-taobao.cn/bbs/1508193.html?r=OTYwOTE=#p4112443

單端正激雙管式開關電源設計之高頻變壓器設計！

http://www.daogou-taobao.cn/bbs/1509220.html

單端正激雙管式開關電源設計之電源管理芯片TL494講解！

    好多天沒有更新了，事情比較多，呵呵。今天繼續更新。今天講解的是《變壓器與電感器設計手冊》中KG法計算電感器的方法。首先先將該書中講解正激式電源輸出電感器的計算方法貼出來。

    由上述的計算公式的使用可以看出<變壓器與電感器設計>一書中關于KG法計算電感器的方法講解的相當詳細.且聽我一一講解梳理一遍.

首先是將已知的電氣參數都列出來了.這些電氣參數分別為頻率f,輸出電壓Vo,輸出電流Iomax,輸出電流Iomin,電流變化量?I(該參數是如何得到的,不清楚),輸入電壓Vimax,輸入電壓Vimin,調整率α,輸出功率Vo+Va,工作磁通密度Bpk,窗口利用系數Ku,二極管壓降Vd.

    在該書中我不明白的參數有兩個,一個是電流變化量?I,不知道該參數是怎么得來的,是由自己來定還是有客戶定.另一個是調整率α,不知道該調整率指的是哪個調整率,是電壓調整率還是電流調整率.參考了英文版的書籍,英文書籍中也是這么寫的,如果有大神知道這兩個參數如何來的,請指點,謝謝.

    最近剛剛把手上的項目做完了,今天繼續更新.首先前段時間<變壓器與電感器設計手冊>一書中關于輸出電感器設計遺留的問題之一?I是如何得到的,最近找到了答案.其實答案就在該書中,只是我當時沒有仔細將前面講解的內容梳理一遍.

    由截圖可知輸出電感器上?I=Iomin*2,其中Iomin=0.5A,則?I=1A.?I表示電感器上的電流處于臨界狀態,介于CCM(連續狀態)與DCM(斷續狀態)之間的CRM(臨界狀態).

    因為該文章主要是講給剛剛接觸開關電源的朋友,所以有必要補充一下何為CCM,DCM,CRM,看下圖