【導讀】本篇文章從濾波在電路中的地位、濾波與拓撲的關系等幾點，對開關電源變壓器仿真中的濾波進行了較為全面的分析。本篇文章總體來說適合剛接觸電源設計的新手閱讀，希望大家在閱讀過后能夠有所收獲。
仿真為電源設計者們提供了一種捷徑，讓設計者不必將產(chǎn)品進行實體化就能進行測試。這樣做的好處是，節(jié)省了制造成本，且能夠反復修改。本文將介紹開關電源當中變壓器的仿真的輔助設計-濾波，希望大家能夠認真閱讀。
輸出PI型濾波器的討論
圖1
圖1中的PI型濾波器，在電源輸出端很常見。這三個數(shù)值該怎么選擇?
從濾波效果上看，在阻性負載時，C1=C2效果最好；感性負載時，需C2>C1；容性負載則相反，當輸出是電源（電池）時，C2可減小到0。不要小看這個小小的LC濾波，其實分析起來很復雜，考慮到輸入前的電感（正激為濾波電感，反激為次級電感的占空比等效），實際上是個兩級LC濾波電路。
不過從工程的觀點來看，第一個濾波電容按正常的算法選取，一個是紋波電壓考慮，一個是ESR考慮，最后的結果基本都是由ESR確定。L1/C2的主要作用是抑制開關頻率的紋波，選取按如下原則，其轉(zhuǎn)折頻率為開關頻率的1/4-1/10左右。但有一點需要注意，用431做反饋時，431的供電要在L1的前面取，這樣系統(tǒng)才穩(wěn)定，反饋分壓可以從后面取，得到最好的穩(wěn)壓精度。如果反饋從后面取，由于L1 C2的相移作用，不容易問題。另外L1的值盡量小一些，如1-4.7uH，如果此值大了，明顯輸出電流大時損耗大。
（輸入輸出）濾波網(wǎng)絡在電路中的地位
拓撲電感（變壓器）是拓撲需要，濾波電感是紋波需要，只有當拓撲電感不足以滿足紋波要求時，才使用濾波電感（增加LC濾波網(wǎng)絡）。
這意味著：
1、如果拓撲電感滿足紋波要求，可以不要濾波電路。
2、當拓撲電感不能滿足紋波要求時，才另外單獨考慮濾波電路。
3、拓撲電感的主要任務是應對拓撲需要的能量轉(zhuǎn)移，而不是應對紋波的。
4、濾波電路的唯一任務就是濾波。
濾波網(wǎng)絡與拓撲的關系
所有電壓型拓撲總可以這樣表達：
圖2
其中，輸入電容Cin、輸出電容Cout都的拓撲允許的，甚至是拓撲必須的。同時，Cin、Cout 也可以理解為拓撲本身的、自帶的濾波電路。虛線內(nèi)的濾波網(wǎng)絡現(xiàn)在是一個電容，也就是二端濾波網(wǎng)絡，但是它也可以是三端甚至四端網(wǎng)絡。
注意：圖中沒有任何電感，拓撲的電感（或者變壓器）在拓撲模塊內(nèi)沒有畫出來。
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輸出濾波網(wǎng)絡
對于大多數(shù)電壓型拓撲而言，輸出端總有一個電容Cout，而且這個電容就是濾波的意思。一般情況下，我們總可以通過調(diào)整 Cout 的大小滿足任何需要的紋波要求。
然而在某些情況下，我們無法通過調(diào)整 Cout 的大小獲得需要的輸出紋波，比如：
1、滿足需要的紋波時，需要的 Cout 太大，成本和體積不允許。
2、在接近短路運行時（比如電焊機或者點焊機），普通電容的電流指標不能滿足要求。
3、某些應用不允許太大的 Cout 存在，比如逆變系統(tǒng)，太大的 Cout 將導致控制的困難。
4、出于可靠性的考慮，在輸出端不使用電解電容。
5、高精度電源，由于電容ESR的存在，始終達不到要求的輸出紋波指標。
那么應該如何解決呢 ？其實很簡單：
1、找出這個我們能夠接受的電容；
2、把這個電容一分為二；
3、中間放一個適當?shù)碾姼校?/div>
4、調(diào)整這個電感直到滿足輸出紋波的要求；
圖3
幾點說明：
1、一般電源都是輸出有功功率，即阻性負載，這時我們直接取 Co1 = Co2 濾波效果最好。
2、即使負載有部分感性成分，因為一般 Co2 都比較大，其容抗足以應付較大的感性負載沖擊，一般不必考慮加大 Co2 。
3、容性負載（比如電解電源和充電電源）時，可考慮減小 Co2（即突出 Co1），大幅度減小也沒有關系。
4、電焊電源可以（應該）取消Co2。
5、諧振負載（比如超聲波電源、感應加熱電源）慎用此法。
6、濾波就是濾波，別和拓撲里面的電感攪在一起，只有這樣才能達到最好的效果。
7、除特殊情況外，不建議使用兩極或多級 LC 濾波，在總電容量和總用銅用磁量相當?shù)那闆r下，單級濾波紋波效果最好，也不會產(chǎn)生駐波干擾。
