非晶、纳米晶磁心选型设计

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1、非晶、纳米晶磁心选型设计DesignforselectingamorphousandnanocrystallinecoretypeHttp://www.big-bit.com2004年07月28日10:381引言本文介绍用于磁放大器、尖峰抑制器、滤波电感、有源PFC电感等器件采用的非晶、纳米晶磁心的选型设计。2电压调节器中磁放大器磁心选型设计2.1磁心选型设计a、已知条件：输出电压V0、输出电流I0、工作频率F、占空比Dmax。b、决定变压器的次级电压（以单端正激电路为例）Vi≥{V0（1+KC）+VF}/Dmin（1）Vi：变压器次级电压，

2、KC：富裕系数或称调节余量（通常取0.2），VF：整流二极管压降，Dmin：最小占空比（发生在输入电压最大时），V0：要求的输出电压。c、决定被砍掉的电压（被调节的电压）VregVreg=Vi×Dmax-V0=V1-V0（2）式中V1=Vi×Dmax。d、计算磁心所需的磁通量△φ∵V0=Vi×Dmax-V砍=Vi×Dmax-Vreg=Vi×(ton/T)-Vi×(tτ/T)∴Vreg=Vi×tτ/T由电磁定律知Vi×tτ=△φ∴Vreg×T=Vi×tτ=△φ写成△φ=Vreg/F（3）最后得到被砍掉电压折算成磁通量的式子，即电路调节中所需磁通

3、量为△φ。∵磁心的单匝磁通量为2φm（有时简称φm）今设计磁通量为△φ，则总有一个N存在使：N×φ≥△φ（4）e、选择磁心的尺寸（1）先选择内径设磁心的窗口面积为Wa。其中的一部分面积是由导线的截面积充填占据。充填系数用Kf表示，也叫有用系数，Kf常取0.4。就有Wa×Kf=所绕N条导线的截面积。已知输出电流为I0，导线的电流密度为J，则一条导线所占面积为I0/J。设绕了N匝，则Wa×Kf=N×I0/J，写成：Wa=N×I0/J×Kf（5）式(4)决定了磁心的内径.因为一个确定的窗口面积Wa，必有一个确定的磁心内径与之对应。公式(5)是用电流

4、I0等已知参数计算出了窗口面积Wa。从而选定了磁心内径。（2）选择外径由式（5）已知Wa=N×I0/(J×Kf)当Kf=0.4，J=6A/mm2时，Wa=N×I0/2.4将此式左边乘以Nφm,右边乘以△φ（∵N×φm=△φ），则有N×φm×Wa=△φ×N×I0/(Kf×J)，两边约去N得：φm×Wa＝△φ×I0/(Kf×J)(6)而△φ×I0/(Kf×J)是电路设计时计算出来的。一款磁心其φm×Wa的值使（6）式成立。则外径也选定了。由于φm=B×AeAe是磁心的有效截面积。Ae=(外径－内径)/2×h×K（K称充填系数，通常在0.7-0.8

5、之间），h是磁心高度。当Wa确定后，内径也就确定了。于是Ae只与外径和磁心高度有关了。当h选定后，一个确定的Ae就有一个确定的外径。这样由△φ×I0/(Kf×J)的计算值就确定了磁心的尺寸。f、决定匝数N先求最小匝数Nmin由式（3）知N×φm≥△φ。式中的φm是由(3)式计算出来的最小磁通量。或N≥△φmin/φm，则：Nmin=△φmin/φm(取整数)(7)现在求Nmax∵式（4）中的△φ=Vreg/F或V砍/F而Vreg=V砍=V1-V0=VS×Dmax－V0，(式中V1为最大输出电压)，得V0=VS×Dmax－V砍当V砍=VS×Dm

6、ax时，V0=0，即是说磁心的调节作用最多只能把VS×Dmax这个电压砍掉，此时的△φmax=V砍max/F=VS×Dmax/Fφmax=VS×Dmax/F=V1/F(8)此时Nmax=△φmax/φm(9)g、决定导线直径D设绕线采用单股则导线截面积Aw=I0/J由I0计算出的导线截面积Aw=I0/J0由导线直径计算出的截面积Aw=Dπ2/4两个截面积应相等，得到Dπ2/4=I0/J，D=√（4I0/πJ）设J=6A/mm2,则d=0.46√I0h、计算死角当正向电流来到时，我们希望磁心立即饱和，但这办不到，只有当正向电流到达一定值，H=H

7、S时磁心才饱和或者说只有当磁心的B值从Br到达Bm时，才能饱和，从Br到Bm差（1-Br/Bm）到达Bm，磁通量差φm×（1-Br/BM）到达φm，N匝线圈就差N×φm×（1-Br/BM）到达Nφm，当变压器次级电压为Vi时，则Nφm×（1-Br/BM）=Vi*td注意N×φm×（1-Br/BM）也是一个磁通量，它等于电压和时间的乘积，变换上式得到：td=Nφm×（1-Br/Bm）/Vi(10)td被称为死时间。Vi*td/T=Vd(11)称Vd为死角电压。（T为周期）有点象二极管的管压降一般，每个磁心都有，且和工作频率有关。∵Vd=Vi*t

8、d/T=Vi×td×f，f越大，td越大。如果下式满足，则死角影响可以忽略：即Vi=［V0（1+KC）+VF+Vd］/DminKC为富裕系数VF为整流二极管压降Vd