CN106533158A - 一种输出电流纹波抑制电路 - Google Patents

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张强
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Abstract

本发明公开了一种输出电流纹波抑制电路。所述输出电流纹波抑制电路包括感应电路、纹波对消电路以及隔直电路；感应电路原边同名端作为输入端连接至DC_DC开关电源电路的输出滤波电感的输入端；感应电路副边同名端作为输入端连接至隔直电路的输出端；感应电路原边非同名端作为输出端连接至DC_DC开关电源电路的输出滤波电感的输出端；感应电路副边非同名端作为输出端连接至纹波对消电路的输入端；隔直电路的输入端连接至DC_DC开关电源电路的阴极；纹波对消电路的输出端连接至DC_DC开关电源电路的阳极。本申请的输出电流纹波抑制电路可将DC_DC开关电源的输出电流中的交流分量对消掉，从而获得很好的纹波抑制效果，本申请还具有元件数量少，成本低，效率高，体积小。

Description

一种输出电流纹波抑制电路
技术领域
本发明涉及DC_DC开关电源技术领域，特别是涉及一种输出电流纹波抑制电路。
背景技术
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源和线性电源相比，纹波系数通常要大一些。但是纹波系数又是开关电源的一项重要指标，如果纹波大，就会影响开关电源负载的正常工作，会带来放大器噪声、电磁干扰(EMI)噪声等问题。
通常DC_DC开关电源的输出端都要添加LC滤波电路，以抑制输出纹波。功率开关器件工作在开关状态，使其输出滤波电感两端的电压会产生周期性脉动，电感电压的变化使流过电感的电流发生变化，电流的波动就造成了电路中存在电流纹波。
为降低DC_DC开关电源的输出纹波电流，常用的抑制方法可加大LC滤波电路的电感和电容。此种方法在一定范围内是有效的，但不能从根本上抑制纹波电流，并且实际工程中也不能可能无限度的加大电感值和电容值。
另一种常用的输出电流纹波抑制方法是提高开关电源的开关频率，以提高LC滤波电路的低通滤波效果。此种方法有使用范围的限制，因为开关频率的提高会受到开关电源控制器的限制。
另一种方法是采用两级滤波，即在DC_DC开关电源输出端再添加一级LC滤波电路。任何电感都存在直流阻抗，再引入一级LC滤波电路，必然增加能源损耗，降低电源的效率，同时若将两级LC滤波电路都引入DC_DC开关电源的闭环控制环路中，有可能会导致闭环系统的不稳定。
还有一种方法是在DC_DC开关电源输出端添加低压差线性稳压器(LDO)。此方法的输出电流纹波抑制效果很好，但是成本高，功耗高，并且大电流的LDO体积很大。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种输出电流纹波抑制电路来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种输出电流纹波抑制电路，用于DC_DC开关电源电路，所述输出电流纹波抑制电路包括感应电路、纹波对消电路以及隔直电路；所述感应电路原边同名端作为输入端连接至DC_DC开关电源电路的输出滤波电感的输入端；所述感应电路副边同名端作为输入端连接至隔直电路的输出端；所述感应电路原边非同名端作为输出端连接至DC_DC开关电源电路的输出滤波电感的输出端；所述感应电路副边非同名端作为输出端连接至纹波对消电路的输入端；所述隔直电路的输入端连接至DC_DC开关电源电路的阴极；所述纹波对消电路的输出端连接至DC_DC开关电源电路的阳极；其中，所述感应电路用于感应出DC_DC开关电源电路中输出滤波电感的两端的纹波电压；纹波对消电路用于调整自所述感应电路感应出的电流的相位；所述隔直电路用于隔离所述DC_DC开关电源电路内的直流电流。
优选地，所述感应电路包括第一变压器。
优选地，所述纹波电路包括第一电感。
优选地，所述隔直电路包括第一电容。
本申请的输出电流纹波抑制电路可将DC_DC开关电源的输出电流中的交流分量对消掉，从而获得很好的纹波抑制效果，并且本申请还具有元件数量少，成本低，效率高，体积小等特点。
附图说明
图1是本申请第一实施例的输出电流纹波抑制电路的系统示意图。
图2是图1所示的输出电流纹波抑制电路的电路示意图。
附图标记：
1 感应电路 3 隔直电路
2 纹波对消电路
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
图1是本申请第一实施例的输出电流纹波抑制电路的系统示意图。图2是图1所示的输出电流纹波抑制电路的电路示意图。
如图1所示的输出电流纹波抑制电路，用于DC_DC开关电源电路，该输出电流纹波抑制电路包括感应电路1、纹波对消电路2以及隔直电路3；感应电路原边同名端作为输入端连接至DC_DC开关电源电路的输出滤波电感的输入端；感应电路副边同名端作为输入端连接至隔直电路的输出端；感应电路原边非同名端作为输出端连接至DC_DC开关电源电路的输出滤波电感的输出端；感应电路副边非同名端作为输出端连接至纹波对消电路的输入端；隔直电路3的输入端连接至DC_DC开关电源电路的阴极；纹波对消电路2的输出端连接至DC_DC开关电源电路的阳极；其中，感应电路1用于感应出DC_DC开关电源电路中输出滤波电感的两端的纹波电压；纹波对消电路2用于调整自感应电路感应出的电流的相位；隔直电路3用于隔离DC_DC开关电源电路内的直流电流。
本申请的输出电流纹波抑制电路可将DC_DC开关电源的输出电流中的交流分量对消掉，从而获得很好的纹波抑制效果，并且本申请还具有元件数量少，成本低，效率高，体积小等特点。
在本实施例中，所述感应电路包括第一变压器。
在本实施例中，所述纹波电路包括第一电感。
在本实施例中，所述隔直电路包括第一电容。
下面以举例的方式对本申请进行原理性阐述，可以理解的是，该阐述并不构成对本申请的任何限制。
参见图2，本发明实施例纹波抑制电路的工作原理是：
匝比为1∶N的变压器T1将L2的纹波电压感应为更低的电压Vsec。隔直电容器C1的电压与开关电源的输出电压Vout相同，因此只有感应的交流电压Vsec施加到电感器L1上。选用电感器L1产生修正的纹波电流，从而精确地消除经过L2的电流和变压器一次绕组电流i3中的纹波电流。流经变压器绕组的电流iL1+i3极性与滤波电感器电流iL2中交流成分幅值相同、相位相反。电路总电流(iL1+iL2+i3)具有iL2的原有直流电流分量，但是输出电流的交流分量却为零。因此，增设感应电路、纹波对消电路以及隔直电路(变压器T1、电感器L1和只传输很少交流电流的隔直电容器C1)可以消除DC_DC开关电源的输出纹波电流。
对于电路中的各个的变量的定量分析，各电流分量之间的关系满足如下关系式：
零纹波输出的条件为：
将(1)式代入(2)式，可得
一般来讲，N有两个解。两种匝比都能消除纹波电流。
当L2和N给定时L1只有一个解。
L1＝L2·N·(1-N) (5)
纹波电流对消的关键参数是适当选择电感器L1。由于L1必须是正的，因此用式(6)来限制匝比N的选择。
0<N<1 (6)
L1和L2给定时，式(4)中的N有两个解，两个解的和总是正好为1。例如，如果N的其中一个解为0.3，那么另一个解必须是0.7。对于N的两个解，通常使用两个值中较小的值。N值更小，图2中的电流iL1和iL3(见式(7))会更小，降低了纹波电流对消电路中的I2R损耗。更小的N值，使电流iL2和i3更小，降低了隔直流电容器C1的纹波电压，结果电路的运行更理想。N值更小时，电感器L1体积更小。
图2中的电流iL2是功率变换器输出滤波电感电流，包括DC电流分量和AC电流分量。假设有小的输出电压纹波，不管有没有采用纹波电流对消电路，电流iL2是完全相同的。纹波电流对消电路产生能精确消除iL2的AC分量的电流，DC电流分量不受影响。
隔直电容器C1与电感器L1所形成的极点的位置必须低于功率变换器纹波频率fRipple。纹波频率要么是变换器转换频率，要么是变换器转换频率的两倍，这取决于拓扑结构。极点频率高于闭环功率带宽fPwr-BW(或0dB交叉)是比较理想的。理想的起始点是变换器0dB功率带宽交越点与变换器纹波频率的几何平均值。由于是根据匝数比N和输出感应器L2选择的L1，因此电容器C1的理想值为
本发明实施例输出电流纹波抑制电路可完全消除DC_DC开关电源的输出纹波，元件少，电路简单，实用于对电源质量要求高的各种DC_DC开关电源应用场合。
可以理解的是，感应电路、纹波对消电路以及隔直电路的连接关系可以根据需要而改变。例如，改变第一变压器T1副边、隔直电容器、纹波对消电感器的连接顺序。在不脱离本发明原理的前提下，所做出的任何修改、等同替代和改进，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种输出电流纹波抑制电路，用于DC_DC开关电源电路，其特征在于，所述输出电流纹波抑制电路包括感应电路(1)、纹波对消电路(2)以及隔直电路(3)；
所述感应电路原边同名端作为输入端连接至DC_DC开关电源电路的输出滤波电感的输入端；
所述感应电路副边同名端作为输入端连接至隔直电路的输出端；
所述感应电路原边非同名端作为输出端连接至DC_DC开关电源电路的输出滤波电感的输出端；
所述感应电路副边非同名端作为输出端连接至纹波对消电路的输入端；
所述隔直电路(3)的输入端连接至DC_DC开关电源电路的阴极；
所述纹波对消电路(2)的输出端连接至DC_DC开关电源电路的阳极；
其中，
所述感应电路(1)用于感应出DC_DC开关电源电路中输出滤波电感的两端的纹波电压；
纹波对消电路(2)用于调整自所述感应电路感应出的电流的相位；
所述隔直电路(3)用于隔离所述DC_DC开关电源电路内的直流电流。
2.如权利要求1所述的输出电流纹波抑制电路，其特征在于，所述感应电路包括第一变压器。
3.如权利要求1所述的输出电流纹波抑制电路，其特征在于，所述纹波电路包括第一电感。
4.如权利要求1所述的输出电流纹波抑制电路，其特征在于，所述隔直电路包括第一电容。
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