合工大电力电子技术第六章.ppt

1、第6次射频波开关电源的电感器的设定修正、杜少武、第6次射频波开关电源的电感器的设定修正、1、电感器应用的情况和运作模式2、电感器损耗和温度上升3、电感器的核心空气隙4、电感器的核心材料和形状5、核心尺寸的确定6、电感量修正7， Buck输出滤波器电感量设定订正8这些个的功能是，从电源获取能量，储存在磁场中，并将这些能量(减去损失后的能量)传递给负载。 回扫变压器实际上是多绕组的耦合电感。 和上一节的电压互感器不同，电压互感器不想储存能量，但是回扫电压互感器先储存能量，然后将磁性能量转换为电能进行传输。 耦合滤波器的电感量与回扫变压器不同，回扫变压器先存储后释放的耦合滤波器电感量被存储在云同步中

2、，并释放到云同步。返回、1、电感量器的应用场合和运作模式、应用电路拓扑、动作频率及脉波电流等不同，电感量设定修正的考虑要素也不同。 用于开关电源的电感量有单绕组电感量输出滤波器电感量(Buck )、升压电感量(Boost )、反馈电感量(Buck-Boost )、输入滤波器电感量。 多线圈电感耦合输出滤波器电感量，回扫变压器。 EMI共模滤波器电感量。 在电路中，电感量有两个运作模式。 每个开关周期，电感量电流切断模式的瞬时匝数(所有线圈)在一部分时间停留在零状态。 电感量电流的连续模式在一个周期内，虽然电感量电流可以过零(例如用倍流电路过滤电感量)，但是电感量的匝数(磁通势)没有停留在零的时

3、间。 在应用、1、电感器的情况下，运作模式、(a )电流切断模式(b )电流连续模式图61的电感器电流模式、输出滤波器电感量(Buck )、正励磁系统输出滤波器电感量和后变换器输出电感量相同，一般在电流连续模式(电流连续模式)下动作的电感量量在式中： Ui电感量输入端子电压(v D=Ton/TS工作比Uo=DUi输出电压(v )； fS=1/TS开关频率(Hz): Io输出电流(a) Ton，Toff=TS-Ton输入电压的高电平(导通)时间和低电平(截止)时间k=DI/2Io。 输出，6-1，过滤烟嘴电感量(Buck )，在间断模式下工作时(图6-1(a ) )，一般装满时达到临界连续选择电

4、感量：式中DI=2Io。 比较(式6-1 )和(式6-2 )可知，生物电流断续时的电感量远远小于电流连续时的电感量值。6-2，Boost和Boost/Buck电感量，Boost和Boost/Buck电感量在通常电流连续模式下被修正。 必要的电感量量：式中Ii=Io/(1-D )输入电流，提升中输入电流平均值Boost/Buck表示输入电流导通时间电流的中位数。 变换器的效率。 断续时所需的电感量量：6-4、6-3、回扫变压器、回扫变压器即使在电流连续模式下工作，总匝数也不为零，但对于回扫变压器的各线圈，线圈电流始终处于断续状态。 当然，电流(安卷)的断续更是如此。 这是因为，如图6-2所示，在

5、开关期间中，电流(稳定匝数)在1次和2次之间来回。 也就是说，一次安匝数减少时，二次安匝数的等量增加，反之亦然。 总安匝数连续，脉搏波小，但各线圈的电流交替从零变化到最高峰。 在任何运作模式中，线圈的交流损失都很大。 磁芯与线圈不同，由于总匝的脉搏小，所以磁芯具有大的直流偏磁，具有小的磁感应强度振幅。 因此，与之前研究的电流连续模式一样，磁芯损耗小。 回扫变压器，图62回扫变压器电流，回扫变压器，匝数连续时所需的电感量量：式中： k=DI1/I1=DI2/I2； I1、I2一次和二次脉冲电流的中位数。 N1、N2一次和二次的回合数其侑予符号与以前相同。6-5、回扫变压器、电流切断模式线圈和磁芯

6、损耗大。即使在最大负载时，在根据输出功率与功率电平损失的和来间歇地保持输入功率的情况下，要求的电感量为在方程中作为Uimin最低输入电压(v )的Dmax对应于最低输入电压时的最大工作比Po输出(w) f开关频率(Hz) h效率，初始设定为80% 、6-6、2、电感损耗和温度上升，由于在电压互感器设定修正中讨论的温度上升限制、损耗和电压互感器热阻抗等的关系，也可以适用于通常的电感量。 在设定修正电流断续模式的电感量时，磁芯损耗很大。 磁芯损耗与线圈损耗大致相等，总损耗最小，电感量体积也最小。 如果电感量电流连续，由于通常忽略磁芯的损失，因此线圈损失为总损失。返回、3、电感器的磁芯空气隙，理想的

7、是矩形度高的磁芯材料没有被储藏。 实际高磁导率材料的磁心储存少的能量，送入磁心的能量的一部分成为磁滞损耗，最终被消耗。 电感量是储能系统元件。 为了在电气线路中有效地积蓄能量，要求体积最小，由式可知，在磁芯未饱和的情况下，磁导率不高，但不能太小。 因此，用于调整有效磁导率me的非磁性空气隙与高磁导率材料的磁芯串联连接。 镍锌铁氧体和合金带材芯需要单独的空气隙。 但是，在粉末金属芯中，空气隙分布在磁性金属粉末间的粘合剂所占的空间。门、门、3、电感芯空气隙、磁元件在储存和释放磁能时，在磁芯中，(a )能量的储存和释放伴随磁通的变化，引起芯损耗，(b )磁芯饱和。 饱和后磁性材料在一定的磁感应强度以

8、上，由磁芯构成的磁路为高磁敏电阻。 由于磁芯损耗造成的温度上升和有限的饱和磁感应，限制了空气隙磁芯积蓄能量的能力。 体积最小、成本最低的电感量是追求设定修订的目标。 体积最小意味着磁芯的利用最好，损耗最小。 在某些应用条件下，最佳磁心利用率(最小体积)与最佳空气隙长度有关(分布空气隙的磁粉磁心是有效磁导率me )。 在应用或频率不同的相同磁芯中，最佳的空气隙长度不同。 磁芯的利用最好，为了得到磁芯的最小尺寸，磁芯的工作需要在最大磁感应强度(由饱和磁感应或磁芯损耗限制)和最大线圈电流密度(由线圈损耗限制)下的最佳空气隙长度。 因此，电感量设定校正是求出最佳的空气隙长度(对分布空气隙求出最佳的me

9、 )、3、电感器的铁芯间隙，如果在高磁导率材料的铁芯上没有空气隙，则线圈均匀地分布在铁芯上，沿着磁路的各点的磁相位差小，即，扩散磁小。 在空气隙分布于磁芯整体的情况下，像磁粉的芯材一样，线圈也必须均匀地分布于磁芯整体的长度。 例如，环状磁粉的铁心线圈均匀地分布在整个磁心上，浮动磁通最小。 但是，如果在高磁导率磁路中存在空气隙，几乎所有的激励磁场都会施加在空气隙上，在与空气隙边缘邻接的磁路中存在严重的边缘磁通和外部的悬浮磁通。 为了减少悬浮磁通，应使线圈分布和空气隙一致。 关于、(a )大的外磁场(b )最小外磁场图6-3散磁通、3、电感器的磁芯空气隙，在一个线圈直接放置在空气隙上时，如果空气隙

10、的大小与端面尺寸之比在1/20以下，则边缘磁通的影响小，可以近似用下式校正电感量的公式中，r磁敏电阻、g 测量的电感量值过大时，不要减少回转数。 否则可能造成损失过大或磁芯饱和。 可以增加空气隙，减少电感量。 测量电感量太小，可以增加匝数，但磁芯利用率低，线圈损耗过大。 最好通过缩短空气隙的长度来增加电感量。6-7、4、电感器的核材料和形状，频率超过50kHz，以断续模式工作的电感器核材料，优选的是选择镍锌铁氧体材料，与正相转换器核类似。 但是，在连续模式中波动电流小，对应的磁感应强度的振幅也小，镍锌铁氧体通常被饱和限制。在这种情况下，能够采用铁粉芯、Kool、pimo合金粉芯、带空气隙合金芯

11、等高饱和磁感应且芯损大的材料，能够降低体积、成本。 但是，金属磁粉芯的B-H特性在大电流时可能比较“柔软”，随着负载电流增加，电感量减少，成为非线性电感量。 这在一般的开关电源中是不希望的。 返回、4、电感量核的材料和形状，对于在电流连续模式下工作的电感量来说，过滤电感量核的形状和窗是不重要的，因为交流损耗通常很低。 然而，窗面积对于间歇模式的电感量，特别是回扫变压器来说是特别重要的。 窗户尽可能宽，线圈宽度最大，层数最小，减少交流电阻。 在云同步，宽敞的窗户也减少泄漏感，电网绝缘要求的爬电距离的影响小。 合十礼窗口线圈所需的高度低，窗口利用率通常较好。 对于、4、电感器的芯材和形状，我们先进

12、行了研究，但是在相同的芯尺寸下，槽型和PQ型的窗面积较小。 窗形状不适用于回扫变压器和电流断续模式的电感量。 EC、ETD、LP核心为所有的EE核心形状，有大而宽的窗户。 这些个的磁芯形状采用宽铜带线圈，特别是在连续模式下工作，交流线圈的损耗小。 磁粉芯铁芯的线圈均匀分布在整个铁芯上，浮动磁通和EMI扩散小，可用于任何电感量和回扫变压器。 但是，大功率绕组是困难的。 请勿选择环状镍锌铁氧体空气隙核心。 绕线困难，散磁也大。5、确定磁芯尺寸、粗选电感量磁芯尺寸也可利用面积积公式。 如果损失不严重，则饱和限制芯的最大磁感应强度Bmax，面积积的经验方程，如果芯损失严重，则损失限制的磁通振幅b，面积

13、积为l电感量(h )； ISP最大峰值短路电流(a) Bmax饱和限制的最大磁感应强度(t) i一次电流变化量(a) Bmax最大磁感应强度振幅(t) IFL满载电流有效值、6-8、6-9、返回、5、磁芯尺寸的确定，其中： Jmax最大电流密度(a )； 从k1W一次铜面积/窗面积10-4米转换为厘米的系数。 关于单线圈的电感量，以上的一次是线圈整体。 k1W表示线圈窗口的利用率。 单线圈电感量，k1W是总铜面积和窗面积AW之比，即填充系数kW。 回扫变压器的情况下，k1W是一次铜的面积和总窗面积之比。 K1、K2及k1W如下表所示。6-10、常用电感量残奥表、6、电感量校正、1、带空气隙芯电

14、感量空气隙的芯的磁路，通常与高磁导率(mr=3000100000 )的磁性材料和小非磁隙(Mr=的磁性材料的磁敏电阻远小于空气隙磁阻，通常校正时忽略。 由式6-3得到：上式中的长度单位为cm。 a修正空气隙截面积(cm2 )。 通常，通过调整空气隙尺寸来调整电感量量。6-11、返回、6、电感量校正、2、磁粉芯和定导芯的电感量磁芯为磁粉芯或定导合金，磁导率mr一般为10300。 等效于高磁导率材料的磁芯和不同长度的空气隙串联，这里不能测量总空气隙。 线圈电感量为尺寸cm。 式中的a是磁粉芯的磁导率mr随直流偏置变大而降低的比例，从直流偏置磁场、初始磁导率由相关曲线调查。 使用、6-12,6、6、

15、电感量校正计算、3、电感量系数AL校正后的电感量，对于指定的材料(mr )和规格(有效截面Ae和磁路长度)的磁芯，在确保空气隙和空气隙的镍锌铁氧体磁芯和磁性粉芯手册中，按照mH/1000匝或nh磁芯的规定匝数来校正电感量如果AL是H/1000匝，则n匝的电感量量是能够根据式6-13容易地校正某材料和规格的磁芯的规定匝数的电感量量。 例如，可以用于校正电压互感器的一次电感量量，以及校正励磁电流。 然而，这种公式不能确定电感量器的最佳空气隙长度和最佳有效磁导率。在电感量的设定校正过程中，仍然需要根据电路电流和电流变化量，应用上式求出需要的电感量、最佳空气隙长度d或有效磁导率me，得到用上式校正后的

16、电感量。 将使用、6-13,7、7、7、Buck输出滤波器电感量设定修正、设定修正例，在设定修正顺序之前设定修正了输出5V、50A的正转变换器的电压互感器说明给一盏茶。 我会修改这个电源的输出滤波器电感量。 相关参数：转换器输入电压： 246370V； 电压互感器变比： 21.5:1； 电路拓扑：正转变换器开关频率f:200kHz最大工作比： 0.472 (最小Uimin )； 最小占空比： 0.314 (最大Uimax )、返回、7、Buck输出滤波器电感量设定校正、第一步骤：首先决定电感量供电电源的残奥参数：电感量输入电压是正相转换器的二次电压，逆变器输入电压除以变比电压范围： 11.44

17、44的输出： 5v 电路拓扑：正转变换器开关频率f:200kHz； 最大工作比： 0.472 (以最小Uimin计)； 最小工作比： 0.314 (以最大Uimax表示)； 最大脉波电流I:50A20%=10A； 最大尖峰电流Ipmax:65A安； 电感量量L:1.852mH ()； 最大(绝对)损耗： 2.5W (由逆变器效率和输出功率得到的损耗值，分配给电感量的允许损耗值)最大温度上升： 40制冷方式：自然对流，7，Buck输出滤波器电感量设定修订，第二步骤：应用制造商手册，选择核材料。 磁芯材料：镍锌铁氧体3C90 (电流连续模式电感量磁芯由于磁芯损耗小，因此可选择比电压互感器磁芯稍差的

18、材料。 但在实际应用中，如果两种材料的价格差距不大，制造商为了减少产品规格和品种，往往采用与电压互感器相同的材料)、7、Buck输出滤波器电感量设定修订、第三步骤：确定磁芯的工作最大磁感应强度和最大磁通振幅：饱和限制Bmax0.3T(3000高斯最大峰磁通振幅对应于最大电流波动：峰磁通振幅除以2，则峰磁感应强度为0.023T(230高斯)。 由图6-4的材料产生的损耗曲线为230高斯，脉冲频率为200kHz，磁芯损耗约为4mW/cm3。 这远远小于经验100mW/cm3。 磁芯的损失几乎可以忽略，磁芯在IPmax下工作时的磁感应强度接近饱和值。 最大磁感应强度的振幅为之前修正的DBmax=0.046T。7、Buck输出滤波器电感量设置、图6-4不同频率下的比损耗与峰值磁感应强度的关系(100oC )、7、Buck输出滤波器电感量设置、第四步骤：选择磁芯形状和尺寸：采用飞利浦产品手册或饱和限制面积积公式，Bmax0.3T、 单线圈电感量K1=0.03，由式(6-8)得到：采用EE33芯，AeAw=1.57cm4 (带骨架)。 磁芯尺寸：手册中EE33表示磁芯有效截面积Ae:1.23cm2体积Ve:7.52cm3平均磁路长度le:7.425cm2(BF)AE中柱尺寸C:a=1.27