高频变压器应用技术-第6章课件.ppt

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1、第六章直流电感设计第六章直流电感设计铁粉芯直流电感的设计开气隙直流电感的设计电感设计的一般考虑电感电流纹波率rBUCK的工作原理内容提要6.1BUCK电路的工作原理工作原理：波形图t0～t1时段：t0时刻，驱动信号高电平，开关管Q导通，电感电流逐渐上升，储存能量，并向负载供电，二极管截止。IQILIo6.1BUCK电路的工作原理工作原理：波形图t1～t2时段：t1时刻，驱动信号为低电平，开关管Q关断，二极管导通，电感释放能量，电流ID逐渐减小。IDIL因此，对于电流连续模式：6.1BUCK电路的

2、工作原理DCMBUCK工作原理：t2～t3时段：电感电流断续时，电感上储能释放完毕，负载由输出电容供电。6.1BUCK电路的工作原理BUCK电路电感电流临界连续的边界：电感电流临界连续，即在开关管Q关断期结束时，电感电流刚好降到零。此时负载电流Iog与电感电流IL之间的关系为：因此，对于同一个BUCK变换器，当负载电流小于Iog时,电感电流将进入断续模式，当负载电流大于Iog时，电感电流将进入连续模式6.2电感电流纹波率电感电流纹波率：设计电感时，首先要确定r，r取0.3~0.5之间是比较合适的

3、值。通常取r=0.46.3电感设计的一般考虑一、交流电流、直流电流和峰值电流在直流电感上，同时有直流电流,交流电流，其峰值电流为线圈的铜损是由电感的直流电流决定，磁芯损耗仅仅由电感的交流电流决定，与直流电流无关。电感中的瞬时电流和磁芯中的磁场强度成比例，因此需要注意电感在峰值电流时不能饱和。6.3电感设计的一般考虑二、电感器中的磁通密度与电流的关系由于：所以：电感内的磁感应强度与电流成正比6.3电感设计的一般考虑因此需要确保电感在峰值电流时不饱和6.3电感设计的一般考虑三、饱和磁通密度与匝数的关

4、系由于：对于开气隙的直流电感，可以增加匝数来减小峰值磁通密度，但此时需保证增加匝数后的电感量不变。对于磁环类磁芯，由于磁导率固定，磁场强度与匝数成正比，因此增加匝数会增大峰值磁通密度。6.3电感设计的一般考虑四、频率对电感量的影响如果保持其它所有条件不变而仅使频率增加一倍，则由于和减少一半，因此也减小一半，由于不变，所以r减少一半。为了保持r不变，需要使频率加倍时，也增加一倍，实现的方法是使得电感量减小一半。因此电感量与频率成反比，电感体积与变换器的频率成反比。由于峰值电流不变，所需电感额定电流

5、与频率无关。6.3电感设计的一般考虑五、负载电流对电感量和体积的影响如果保持其它所有条件不变而只将负载电流增大一倍，则由于不变，r减小为原来的一半。为了保持r不变，需要使频率加倍时，也增加一倍，实现的方法是使得电感量减小一半。因此电感量与负载电流成反比。由于负载电流增加一倍，电感的能量处理能力将增大一倍，电感的体积也将增大一倍。因此电感的体积与负载电流成正比。6.4开气隙磁芯的直流电感设计设计步骤：一、根据电流纹波计算所需电感量二、计算所需磁芯大小其中J为电流密度，Ku为窗口利用系数6.4开气隙

6、磁芯的直流电感设计三、计算所需匝数四、计算电流有效值五、计算集肤深度，选择线径6.5粉芯类磁芯的直流电感设计各种铁粉芯磁材特性：6.5粉芯类磁芯的直流电感设计各种铁粉芯磁材特性：6.5粉芯类磁芯的直流电感设计初始磁导率与频率的关系6.5粉芯类磁芯的直流电感设计初始磁导率与温度的关系6.5粉芯类磁芯的直流电感设计初始磁导率与外加磁场的关系6.5粉芯类磁芯的直流电感设计采用查表法选择磁芯1、计算电感储能2、在磁芯选择图上找到值，按该值在图中找到与磁导率线上的最接近磁芯尺寸的交点，这是可以选择的最小尺

7、寸的磁芯。3、将磁导率线分段成标准的可用磁芯磁导率。选择所指示的磁导率可以选用最小磁芯。4、根据已知电感、磁芯尺寸和磁导率。使用以下方法计算匝数：（1）根据磁芯最小标称电感（AL值），计算电感所需匝数。6.5粉芯类磁芯的直流电感设计（2）、计算磁场偏置：（3）根据磁导率对应直流偏置曲线，按偏置水平确定初始磁导率系数的下降程度。（4）用初始匝数除以初始磁导率系数来增加匝数，这将产生近似所需电感值。5、选择正确的线径。6.5粉芯类磁芯的直流电感设计设计举例：设计一个电感值为1mH,直流电流为3A的直

8、流电感。1、计算6.5粉芯类磁芯的直流电感设计查磁芯选择表根据磁芯选择表，应选择60μ，55586型磁芯6.5粉芯类磁芯的直流电感设计查55586型磁芯资料这一磁芯的标称电感为38毫亨/1000匝，因此这一磁芯的最小标称电感为34.96毫亨/1000匝Le=8.95cm6.5粉芯类磁芯的直流电感设计因此，为获得1mH的电感，所需匝数为：磁化力6.5粉芯类磁芯的直流电感设计从曲线上可以得到初始磁导率系数为68%6.5粉芯类磁芯的直流电感设计调整后的匝数为：从线径表中可以选择AWG#20,绕制249