直流滤波电感设计精要.ppt

电感计算后的产品貌似简单，但涉及的理论 知识很多：主要有电路理论、磁芯结构尺寸、 绝缘等级、温升等。 其中导线的电阻、磁芯的参数会随环境温度 而变化，温度及温升与电感所处的环境、工作 状态密切相关互相制约着，使得计算十分复杂。 即使是计算好的电感永远是个近似值。 没有更好，只有最好。 【例题3】 设计一个正激交错变换器输出滤波电感 （1）设计参数 电感输入电压 输出电压 工作频率 输出电流 限流电流 纹波电流 占空度 极限占空度 电感量 （2）选择磁芯材料和尺寸 磁芯材料选铁氧体3F3 100°C的饱和磁感应 密度为0.33T。 选最大磁通 过流时的最大 磁感应密度： 第一象限工作 磁密选为0.028T 磁芯损耗可以忽略，磁芯由AP法选择， 主要限制是饱和磁密限制。 选择E42C磁芯。主要参数如下： 磁芯的AP值 需要的 满足要求 （3）计算匝数 取10匝 （4）计算气隙长度 预设一个气隙长度，进行计算，再复核计算 数据进行迭代，若干次后就接近目标值。 误差只有2%，可以满足要求。 电感单位为微亨，长度单位为cm （5）计算导线尺寸 对于电感中电流连续的磁芯，主要损耗在线圈。但由于工作频率高，线圈匝数较少，可以选用的电流密度可以相对高些。 导线规格尺寸 直流电阻 集肤深度 导体的有效厚度与集肤深度的比值Q 电感电流为三角波，有效值为： （6）线圈结构 导线带漆皮直径为2.36mm 10匝导线的宽度为2.36cm E42C磁芯骨架的窗口宽度为2.96cm 绕成单层，散热效果好。 （7）导线损耗与温升 直流电阻损耗 交流损耗 线圈总损耗 磁芯热阻 线圈温升 前述计算都按20°C时的电阻率计算电阻的， 考虑到环境温度，实际电阻温度要高些，电 阻值也高些。 设环境温度为40°C，温升40.5°C，线圈温度 为80.5°C。电阻损耗增加，温度也增加，设 温度增加到91°C,则 迭代计算 （8）计算导体尺寸、线圈电阻、损耗和温升 bW=20.9mm hW=（25.4-13.4）/2=6mm 窗口宽度 窗口高度 50A/450=0.111cm2 导体截面积 导体厚度 0.111/2.09=0.0555cm 层间绝缘 0.005cm 线圈高度 hW=0.60cm 骨架高度 没有充分利用 线圈匝数 N =5 电流密度 450A/cm2 为减少损耗 导体厚度 0.1cm 线圈总高度 0.525cm 导体截面积 0.2cm2 平均匝长 6.1cm 线圈总长 6.1×5=30.5cm 线圈电阻 直流损耗 计算线圈的交流损耗 在频率200kHz时的穿透深度 有效面积减少倍数 导体厚度d =0.1cm p=5层 三角波交流电流分量有效值 交流损耗为 线圈总损耗 (9)总损耗为1.18+0.03=1.21W，远小于2.1W。 满载时按损耗计算线圈的电流密度为250A/cm2 ETD34磁芯的面积乘积比计算值大了65%。 可以选用更小一号磁芯。选ETD29试试。 【例题2】 磁粉芯电感设计举例 设计一个磁粉芯电感，用于BUCK变换器输出滤波电感。为计算简单起见设输入电压为15伏，输出为5V/2A，工作频率250kHz。电感量为35微亨，电流从0变化到2A，允许磁芯磁通变化不超过20%，即电感量变化不超过20%，绝对损耗为300mW，自然冷却，温升40°C。 (1)计算电感量 占空比 纹波电流峰峰值 磁芯损耗和线圈损耗各占一半150mW 临界连续电感量为 （2）选择磁芯材质 工作频率为250kHz，选择MPP磁粉芯材料， 因为MPP材料的损耗低。还应注意磁导率 随直流偏置加大而下降。 （3）粗选磁芯尺寸 选择Magnetics公司的MPP磁芯 2倍储能： 77：铁硅铝 55：MPP磁芯 58：高通 磁芯初始磁导率为300微亨，可选择55045-A2 牌号的磁芯，参数如下： 1000匝电感系数 匝数 匝数取整需核算电感 取19匝 电感系数 8%的误差 （4）计算磁通密度 平均磁路长度 CGS制的磁场强度 磁通密度 单位换算 由于直流滤波电感工作时有直流偏磁， 这个直流偏磁会是磁芯的磁导率下降， 用实际磁导率与初始磁导率的比值为 纵坐标，横坐标为直流偏磁奥斯特Oe。 （5）计算电感的变化量 直流偏置Hdc/(Oe）,1Oe＝0.796A/cm 67% 2A时电感量下降到 如果想要增加电感量，需要增加匝数，但增加匝数会增加磁通密度，更增加电感量的变化，换一个更低磁导率的磁芯试验。 （6）第二次试算 牌号55050-A2 取29匝 （7）再次计算磁通密度、磁导率变化量和匝数 校验实际电感量 磁通密度 直流偏磁影响 计算电感的变化量 直流偏置（Oe）1Oe＝0.796A/cm 85% （8）选择导线 线圈的窗口面积0.383cm2，取充填系数为50%。 电流密度选4A