采用LC滤波的大功率本安Buck开关变换器

由图3可以看出，LC-Buck变换器是由基本Buck变换器的输出端多加一级L，C滤波电路所组成，主要由以下几部分构成：由PWM控制的开关管S；续流二极管D；储能电感L1；输出滤波电感L2；输出滤波电容C1，C2以及负载电阻RL。其中Vi为输入直流电压；Vo1为第一级输出电压，Vo为第二级输出电压。
下面在一个开关周期内分析LC-Buck变换器的工作原理。当开关管S导通时，续流二极管D因承受反向电压而截止，流过电感L1的电流iL1线性增加，储能电感L1将电能转换成磁能储存在电感L1中，当iL1>Io时，电容C1进入充电状态。当开关管S断开时，由于流过储能电感L1的电流不能突变，所以在L1两端便感应出一个左负右正的自感电势，使续流二极管D导通，L1便把原先储存起来的磁能转换成电能供给负载。此时，电感电流iL1线性减小，当iL1Io时，电容C1进入放电状态。LC-Buck变换器在整个动态工作范围内，由电感L2和电容C2组成二阶低通滤波器，对第一级输出电压Vo1上的纹波电压Vpp1进行有效衰减，使得第二级输出电压Vo上的纹波电压Vpp在小电感、小电容的情况下就能达到规定的电气性能指标要求。

3 实验验证
在输入电压、开关频率、等效电容和等效电感都相同的情况下，求两种变换器的最大输出功率。具体指标如下所述：
输入电压为yi=21～27 V，工作频率为f=300 kHz，负载电阻RL范围为10～100 Ω。最大等效电容为Ce,max=5μF，最大等效电感为Le,max= 20μF，最大纹波电压为Vpp,max=1％Vo。L1=18 μH，C1=1 μF，L2=15μH，C2=0．6μF。
在一定的负载变化范围内可得基本本安Buck变换器与本安LC-Buck变换器输出功率与负载电阻之间的关系曲线如图4所示。

由图4可以看出，在同样的输入条件以及同样的等效电感及等效电容条件下，本安LC-Buck变换器的最大输出功率要比基本本安Buck变换器的最大输出功率大得多。说明在基本本安Buck变换器的输出端采用LC滤波，能大大提高本安Buck变换器的输出功率，且能有效降低储能元件电感、电容的容量。体现出了LC-Buck变换器的优越性。

4 结语
本文首先分析了基本Buck变换器的组成及工作原理；其次提出了采用LC滤波的本安Buck变换器来提高变换器输出功率的方案，并且分析了LC-Buck变换器的组成及原理。最后通过实验验证了LC-Buck变换器可大大提高本安电路输出功率的结论。