【導讀】本篇文章以輸出濾波、輸入濾波、逆變輸出濾波三個設計為例，對其進行了非常全面的分析和總結。用實例化的方式講解了開關電源中變壓器濾波仿真的知識，希望大家在閱讀過本篇文章之后，能對這方面的知識有進一步的了解。
之前小編為大家整理了開關電源中變壓器的濾波仿真設計，其主要對理論方面進行了介紹，在本篇文章當中，將對濾波設計進行實際的舉例，并對每種方法添加小結，方便初學者學習。
舉例一：（典型）輸出濾波
以50KHz、100W（120W）反激電源為例，當前紋波指標為30mV。
圖1
要求：達到2mV的紋波精度。
方法一：加大輸出濾波電容
將現用濾波電容C2的2200uF增加15倍，即33mF，輸出紋波則對應降低15倍（沒考慮ESR），即等于2mV。如果覺得33mF25V的海量電解不好找，或者不合算，那么可使用第二種方法。
方法二：增加一級LC濾波
圖2
當Co1=Co2=470uF時，配合一個5A1.3uH的電感，輸出（與PWM同頻的）紋波即可下降到1.6mV以下。或者，當Co1=Co2=330uF時，配合一個5A2.2uH的電感，輸出紋波即可下降到2.0mV左右。
可見，即使增加一點點LC濾波。對輸出紋波、成本、體積的改善都是非常顯著的。
圖3
再來看濾波電感的工況，電流的直流成分5.0A，交流成分0.1A左右，大約只占2%。
也就是說，這個電感基本上就是個直流偏電感，交流成分甚微。這意味著可以不必使用高級材料，也不考慮集膚效應，用普通鐵粉芯磁環單股繞制即可。
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下面是這個電感的設計參數：
圖4
小結
在輸出端增加LC濾波網絡是很簡單的事情，只要將濾波電容一分為二、（隨便）插入一個電感就能使（不插入電感等效于原電路）濾波效果顯著提升，而且效果總是比單電容濾波效果好。因此這里有三個需要注意的地方。
第一、工程師應該隨時想到：“我那個濾波電容是不是應該分成二個，中間插個小工字?”而且不用算，肯定比單電容好。
第二、此法在同等情況下提高濾波效果，或者在同等濾波效果下降低成本、縮小體積，甚至縮小PCB面積。
第三、既然不增加成本（甚至降低成本）就能夠實現，因此在拓撲里面（的電感上或者控制模式上）去打主意減少紋波就是一件既費力又不討好的事情，什么“某某拓撲、某某模式紋波大”的問題也不再應是問題。
舉例二：逆變輸出濾波
逆變電源輸出濾波的特殊性在于：逆變電源總希望一個最小的Cout。如果Cout太大，在輕載或者空載狀態很難保證輸出波形的正確。因此，逆變器的輸出濾波問題歸結為：如何用一個最小的Cout獲得最好的濾波效果。
現在就按照HolyFaith提出的5KW單相逆變器（載波20K、輸出220VAC、50Hz）為例，設計這個濾波。為簡化問題就不去做SPWM驅動了，大致擬訂一個全橋逆變的運行參數，仿真電路如下：
圖5
輸入電壓400VDC。輸出220VDC5KW，負載電阻Rz=9.68Ω，給出正確的驅動邏輯（正半周關閉Q2、Q3），調整占空直到輸出峰值電壓311V。可得到輸出紋波參數。
電路中有2個電感，l1是拓撲儲能電感，l2是濾波電感，兩電感雖然工況不同，但是都工作在大直流偏置狀態，偏置電流基本相當。因此，可以先采用相等的電感量進行仿真，這樣2個電感的磁、銅量大致相當。
C1、C2是濾波電容，其大小影響調節性能，不能太大，暫時擬訂一個值、且相等。
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不同的LC對應不同的濾波效果，以紋波指標Vpp<1V（大致與10位AD匹配）為例，可得到l1=l2=400uH、C1=C2=3.3uF這一組配合。
圖6
如圖6所示，輸出總電容=6.6uF，輸出紋波0.85V，l1峰值電流37A，l2峰值電流32A。
電感設計
環數為11的話，盡量采用鐵硅鋁，因為不容易飽和，成本也不高。經過仿真和計算配合運算，得到如下中間設計成果：l1環可以用導磁率為26、型號為77191的鐵硅鋁環2~6只制作，有關參數如圖7。
l2環可以考慮與l1同樣尺寸的鐵粉芯磁環制作。即外徑57.2mm、型號T225-52的藍綠環2~6只。這里，“同樣尺寸”不是設計優化需要，而是一種心理的、感官的合理性，或許暗藏成本、效率的合理性，如果濾波電感比主電感還大，感覺就喧賓奪主了。
圖7
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電容的設計
電感設計是以逆變輸出的峰值電壓為設計工況，因為這個工況產生最大的電流峰值，決定了電感的極限特征。然而，由于逆變輸出峰值電壓時占空比最大，不一定是紋波最大，因此，電容的設計應該以紋波最大的工況為設計依據。
以三只磁環疊繞的電感為例，仿真找出輸出紋波最大值大約發生在占空比=0.8時。
不同的磁性材料、電路和電感參數，最大紋波發生的占空是不同的。更重要的是，不同的電感需要不同的電容配合才能達到需要的紋波。
下面是滿足1V紋波指標上述4種電感需要的電容配合：
圖8
舉例三：輸入濾波網絡
圖9
這里輸入端的情況與輸出端有所不同。如果輸入是電流源，Cin的存在是電壓型拓撲必須的，Cin可理解為單純的二端電壓濾波網絡，更復雜的三端或者四端濾波也可以就此展開。
而一般情況下，輸入是電壓源（而且不是理想的電壓源，有內阻），這就引發了以下問題。
1、電壓源與電壓型拓撲是相適應的，Cin似乎是多余的，依靠Cin針對紋波電壓的濾波的必要性就成了問題。
2、電壓源與Cin是沖突的，因為Cin也可以看成是電壓源，而兩個電壓源的并聯是不允許的。就是說，Cin不能太大。
3、對于AC/DC變換，必須用很大的Cin才能獲得穩定的母線電壓，這時就要軟啟動。
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因此，針對電壓型拓撲輸入端的濾波更多的是對于紋波電流（而不是電壓）的濾波，而且與電壓源直接并聯的Cin的大小受到了限制。
然而，輸入端濾波的任務卻是很繁重的，輸入濾波的重要性不僅體現在它必須給電源變換器提供一個穩定的母線電壓，而且（或者是更重要的）它必須盡可能地減少電源變換器對一次電源的（紋波電流的）沖擊和干擾。
這種干擾隨著拓撲的不同明顯區分為共模干擾和差模干擾，一般情況是：
不隔離電路以差模干擾為主，共模干擾較少或者沒有，沒有的辦法也很簡單，全部接地（包括外殼和散熱器）。隔離電路除了同樣程度的差模干擾外，還有可觀的共模干擾存在，必須共模濾波。
關于差模干擾和共模干擾的研究文獻很多，這里不多說，主要強調一下基本的應對思路：
1、可以不采取（或者少采取）差模濾波的情況是：上級電源輸出是個濾波電容（或者電池）；自身電源有一個大的輸入濾波電容（比如直接整流的AC/DC變換的直流母線濾波電容）；
2、除以上情況之外，均應采取差模濾波措施。
3、共模濾波必須在盡可能采取其他減少共模干擾的措施基礎上實施。不要只靠共模濾波來解決問題。
4、由于共模濾波和差模濾波的工況完全不一樣，應嚴格區分、分別處理，反對混為一談的處理方式。
5、一般的方式是：共模濾波在前、差模濾波在后。即：
圖10
