开关电源磁性元件磁心选择的计算

《开关电源磁性元件磁心选择的计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、开关电源磁性元件磁心选择的计算-AP值法1前言开关电源以其体积小，重量轻，效率高，控制灵活可靠等优点成为现代广泛应用的电力变换装置。开关电源磁性元件，如开关变压器和谐振电感等，是开关电源的核心组成部分之一。设计合理、可靠的磁性元件，是设计性能优良的开关电源的基础。所谓合理、可靠的磁性元件，就是在满足元件功能的情况下，能够长期安全工作，温升在允许的范围内，而且体积小，重量轻，材料节省。磁性元件设计的关键，是选取合理的磁心。因为磁性元件的主要部分就是磁心和线圈，一旦磁心确定，线圈也就基本确定了。只有选取了适当的磁心，才能设计出合理、可靠的磁性元件。选取磁心的算法有多种，如查表

2、法[1]、磁心结构常数法（Y值法）[2]等。而AP法是理论比较严密，磁心参数查找比较便利的一种方法。2选择开关电源磁性元件磁心的材料、结构和必备的计算参数2.1材料变压器磁心选用高磁导率软磁材料制造，以减少磁滞损耗与磁心体积，提高励磁效率。几种常用磁心材料的磁导率和适用频率范围可以用图1[3]粗略描述。从图中可以看出，适用于开关电源工作频率段的磁心材料主要有铁氧体、铁粉磁心等。其中，尤以Mn-Zn铁氧体综合特性最好，因此使用最广泛。2.2铁氧体磁心结构和应用铁氧体磁心已经形成系列标准结构与尺寸，规格品种繁多，常用的铁氧体磁心结构和形状有EE型、ETD（EC）型、EI型、U

3、型、罐型、环型等，外形结构如图2。1）EE型特点：窗口大，散热好；结构规则，便于组合使用。缺点是电磁屏蔽性能差、干扰大。适用：较大功率开关电源变压器、电感，驱动变压器，脉冲变压器；2）ETD（EC）型特点：窗口大，散热好；磁心截面积大，绕线匝数少，长度短，漏感小，铜损小。适用：较大功率开关电源变压器、电感，扼流圈，更适合高频使用。3）EI型特点：与EE相似。适用：开关电源变压器，驱动变压器，脉冲变压器。4）U型磁心特点：窗口面积大，适用于大功率型变压器或高压型变压器。5）罐形磁心特点：结合面大，屏蔽好，漏感及分布电容小等。缺点是结构复杂，引线困难，窗口小。适用：专门用于低

4、损耗线圈设计的磁心，可以制作小功率、磁屏蔽要求高的变压器、电感等。6）环型特点：闭合磁路，漏磁小。缺点是绕制困难。适用：适于宽带或者脉冲变压器、驱动变压器、扼流圈。用于开关电源的变压器和谐振电感的磁心，最常用EE型、ETD（EC）型等。2.3工作磁通密度B值[2]。设置合适的工作磁通密度B值，必须考虑二点：一是当输入电压最大时，必须确保磁心不能饱和。一旦饱和，线路内将会因过流引发开关器件和线包温升过高而烧坏。二是损耗产生的热量要满足设计要求。这就要求B值设置不能太高，否则磁心损耗增大，温升增高，而且还会造成激磁电流过大，波形畸变。另一方面，磁性元件的功率P与磁通密度B和线

5、圈电流密度J有关系： (2-1)这说明，为了获得给定的输出功率，B或J选择的越大，则元件体积越小，重量越轻，成本越低。这就要求，工作磁通密度B值的设置既不能过高，也不能过低，必须合理。选择工作磁通密度B值的计算公式： (2-2)其中， KB—磁感应强度系数；Bm—最大工作磁感应强度（T）。磁感应强度系数KB与功率P、工作频率f、平均温升Δτ的关系见图3：不同磁性材料最大工作磁感应强度Bm通常可以查阅表1取值。2.4窗口占空系数K0绕组铜导线截面积在磁心窗口面积中所占的比值称窗口占空系数K0，其数值取决于工作电压、导线粗细、绕制工艺等。一般低压开关电源变压器、电感磁心窗口占

6、空系数取值范围K0＝0.2-0.4。典型取值K0＝0.4。根据具体设计条件适当取值，如果线圈采用多股线卷绕时，选取较小值。3AP值法[3]与算例变压器传输功率Pt与工作频率f、最大磁通密度Bm、磁路有效截面积Ae等有关[4]： (3-1)式中，C—变换器电路形式系数。Wd—绕组设计参数，与电流密度J、窗口占空系数K0、绕组截面积AN等参数有关。当确定了工作频率、电路形式、磁性材料以后，C、f、Bm就确定了，传输功率Pt就只和磁路截面积Ae与绕组参数Wd有关。实际上Wd与磁心窗口面积Aw有关。这说明，磁心的磁路截面积Ae和磁心窗口面积Aw的乘积对应于传输功率Pt。所谓AP值

7、，即定义为：AP=Ae·AW。AP值法是一种由传输功率或者储能计算出对应磁心AP值，进而确定磁心型号的方法。这一方法适用于开关电源磁性元件磁心选择的计算。3.1变压器设计AP值法公式推导由变压器基本公式，感生电压： (3-2)式中，U—感生电压；f—工作频率；N—匝数；Ae—磁心有效截面积；B—工作磁通密度；Kf—波形系数。正弦波取值4.44；方波取值4。由式(3-2)，线圈匝数： (3-3)磁心窗口有效面积K0AW为初级、次级绕组占据的面积之和，即：  (3-4)式中，K0—窗口占空系数；AW—磁心窗口面积；NP、NS—初级