【正文】 可知，在磁芯不飽和情況下，磁導(dǎo)率不能太高，但又不能太小。磁元件在儲存和釋放磁能時，磁芯中存在：（a）能量的存儲和釋放伴隨著磁通的變化，由此引起磁芯損耗；（b）磁芯會飽和。體積最小意味著磁芯利用最好，損耗最小。所以電感設(shè)計就是要尋求最佳氣隙長度（對于分布?xì)庀肚笞罴薛蘣）。一般很難做到磁芯最佳利用。但如果在高磁導(dǎo)率磁路有一個氣隙，幾乎全部激勵磁場加在氣隙上，在氣隙邊緣和鄰近的磁路上存在嚴(yán)重的邊緣磁通和外部的雜散磁通。存儲在外磁場的雜散能量可能和氣隙儲能差不多，使電感值遠(yuǎn)大于期望的電感值。但如果將相同的線圈放置在氣隙芯柱上。對于E型（EE,EC,ETD,RM,等等）磁芯，兩半磁芯之間的氣隙為中柱氣隙的一倍。應(yīng)當(dāng)注意的是，雜散磁通、邊緣磁通和端面磁通全部通過線圈中心的磁芯截面，這里磁芯磁通密度最大，可能過早發(fā)生飽和。如果測量電感太小，可以增加匝數(shù)，但是磁芯利用率低，線圈損耗過大。如果磁通擺幅很大時，處于高磁通密度的線圈中可能出現(xiàn)非常大的渦流損耗，造成嚴(yán)重過熱。（2）將線圈包圍中柱的一個氣隙分成兩個，三個或更多小氣隙，并均勻分布在中心柱上。電感工作在斷續(xù)模式時，磁通擺幅很大，或者是逆變器交流輸出濾波電感，線圈直接放置在氣隙芯柱上交流損耗大。為了減少對外部擴散磁場，用一層銅帶圍在緊貼線圈、邊柱外邊形成一個短路環(huán)。永久磁鐵產(chǎn)生的磁場與直流偏置磁場方向相反，即永久磁鐵工作在第二象限，軟磁磁芯工作在第三和第一象限。如果永久磁鐵去磁曲線（第二象限）為直線，去磁曲線上任意點的磁感應(yīng)為 式中μd－去磁曲線相對磁導(dǎo)率。相當(dāng)與氣隙磁芯有效磁導(dǎo)率。線圈電流對于永久磁鐵是去磁磁勢，為了永磁穩(wěn)定工作，線圈最大磁勢NI應(yīng)當(dāng)小于永久磁鐵矯頑磁勢HClm。但是，金屬鐵粉芯BH特性在大電流時可能比較“軟”，電感隨負(fù)載電流增加而減少，成為非線性電感。窗口應(yīng)盡可能寬，使線圈寬度最大而層數(shù)最少，從而減少交流電阻。窗口形狀不適宜反激變壓器和電流斷續(xù)模式電感。但大功率繞線困難。如損耗不嚴(yán)重，飽和限制磁芯的最大磁通密度Bmax，面積乘積經(jīng)驗公式為： ()磁芯損耗嚴(yán)重時，損耗限制的磁通擺幅ΔB，面積乘積為： ()其中L－電感（H）；ISp－最大峰值短路電流（A）；Bmax－飽和限制的最大磁通密度（T）；ΔI－初級電流變化量（A）；ΔBmax－最大磁通密度擺幅（T）；I1L－滿載初級電流有效值； () 其中：Jmax－最大電流密度（A）；k1w－初級銅面積/窗口面積；10－4－由米變換為厘米的系數(shù)。對于反激變壓器，k1w是初級銅的面積與總的窗口面積之比。假定磁芯損耗和線圈損耗近似相等，所以，線圈損耗是總損耗一半，將電流密度減少到297A/cm2(420)，則K2=K1。面積乘積公式的4/3方表示磁芯尺寸增加，磁芯和線圈（產(chǎn)生損耗）體積增加大于表面積的增加（通過表面散熱）。因損耗是在對稱磁化時求得的，對于單向磁化，應(yīng)將得到的磁通密度值乘以2，即得到峰峰值磁通密度ΔBmax。因此在飽和磁感應(yīng)以下，有效磁導(dǎo)率基本上是常數(shù)。k越小,電流紋波小，IG越小，線性范圍越大；但電感越大。磁通密度取值受飽和限制。初始磁芯尺寸計算雖不是很精確的，但可以減少迭代的次數(shù)。根據(jù)式()得到： () 上式中長度單位為為cm?？傻刃楦叽艑?dǎo)率材料磁芯與一個不同長度的氣隙串聯(lián)，這里總氣隙不能測量。例如計算變壓器的初級電感量，可作為計算激磁電流參考。對Buck類最大紋波出現(xiàn)在最大Ui情況下，而Boost類是在最低Ui時。3．決定磁芯工作的最大磁通密度和最大磁通擺幅（受飽和或損耗限制）：如果電感工作在電流連續(xù)模式，在電流最大峰值短路電流ISp時，磁芯最大磁感應(yīng)Bmax 不應(yīng)當(dāng)超過BS(一般功率鐵氧體在100℃（3000Gs)。但如果磁芯損耗遠(yuǎn)大于100mW/cm3時,磁芯受損耗限制，必須減少ΔBmax值，以使得損耗在允許范圍之內(nèi)（步驟5）。而磁粉芯磁芯在相當(dāng)大的范圍內(nèi)μr是非線性的。5．決定損耗限制：首先，由手冊資料決定熱阻（）。如果磁芯是損耗限制，而不是飽和限制，將損耗分成兩半，一半是磁芯損耗，一半是線圈損耗。如果N取較小的整數(shù)，磁芯可能飽和。當(dāng)N匝數(shù)很少時，取較大匝數(shù)比較小匝數(shù)線圈損耗增加很大。改變匝數(shù)也是可能的，或采用較小的電感值（引起較大的紋波電流），來避免損耗增加，要么選取較大磁芯。對于氣隙磁芯，有效磁路長度是氣隙δ，中柱有效截面積Ae，一般必須考慮邊緣磁場修正系數(shù)（式()和（）），以獲得有效氣隙截面積Ag. 矩形 () 圓 () (L－μH,尺寸－cm)上式中右邊面積修正系數(shù)與δ大小有關(guān)。9. 計算線圈損耗，總損耗，和溫升如果損耗或溫升太高或太低，用一個大的或小的磁芯迭代。1．首先決定電感供電電源的參數(shù)：電感輸入電壓是正激變換器的次級電壓，它是變換器輸入電壓除以變比(:1)： 電壓范圍：~ 輸出：5V 滿載電流Io：50A 電路拓?fù)洌赫ぷ儞Q器 開關(guān)頻率f：200kHz 最大占空度：(在最小Uimin) 最小占空度：(在最大Uimax ) 最大紋波電流ΔI：50A20%=10A 最大峰值電流Ipmax：65A 電感量L：（L=Uo’Tof/ΔI=510－6） 最大（絕對）損耗：（由變換器效率和輸出功率獲得損耗值，再分配到電感的允許損耗值） 最大溫升℃：40℃ 冷卻方式：自然對流2．應(yīng)用制造廠手冊，選擇磁芯材料。最大峰峰值磁通擺幅對應(yīng)于最大電流紋波： 峰峰值磁通擺幅除以2，（230高斯）。所以最大磁通密度擺幅就是前面計算的ΔBmax=.4．選磁芯形狀和尺寸：使用Philips產(chǎn)品手冊或先前的面積乘積公式粗選磁芯形狀。由手冊得到熱阻為19℃/W。6． 計算保證電感量的所需匝數(shù)：由式（）得到 (L－μH,尺寸－cm) 匝7．計算達到所需電感量的氣隙長度：由式（）得到 (L－μH,尺寸－cm) 8． 計算導(dǎo)體尺寸，線圈電阻，損耗和溫升。它除以線圈的寬度。, Q=。則交流損耗為 線圈總交流和直流損耗： PW=+=9．因為磁芯損耗僅30mW。 反激變壓器電感設(shè)計 1．占空度和匝比反激變換器的變壓器是一個耦合電感。再由占空度按照以下關(guān)系計算變壓器變比： () Uo’等于輸出電壓加上整流器、功率開關(guān)、線圈和電感電阻壓降。（臨界工作模式）為最佳。(平均值)、交流和總的有效值電流。上式也適用于電流斷續(xù)模式，此時Imin=0。在線圈中產(chǎn)生很大的交流分量，引起了明顯高頻線圈損耗。此外，在高Ui時，總電感電流交流紋波電流和磁芯損耗最大。4V 輸出Uo：5V 安匝 Ip Idc Iac Ia Ton T 安匝 Ia Iac Idc Ton T 滿載電流Io：10A 電路拓?fù)洌悍醇みB續(xù)模式 開關(guān)頻率fs：100kHz 設(shè)定占空度D： 最大紋波電流ΔI：5A(次級),32V輸入 峰值短路電流Isp：25A(次級) 次級電感L：(D=, ΔI=5A) 最大損耗（絕對）： 最大溫升：40℃ 冷卻方式：自然對流(2) 初步計算：根據(jù)式()，在額定Ui =： 為了計算最壞情況－低Ui損耗，應(yīng)首先決定低Ui 時占空度D、交流和直流分量。(4) 決定磁芯工作的最大磁通密度和最大磁通密度擺幅。在3C90材料磁芯損耗曲線上查300高斯。選取Bmax=,反激變壓器K1= cm4 磁芯類型：EE磁芯系列－: 有效截面積 Ae： 體積 Ve： 磁路長度 le： 中柱直徑 Dc：窗口尺寸（有骨架）： 窗口寬度 Aw： 高度 bw： 寬度 hw： 平均匝長 lav：(6) 決定熱阻RT和允許損耗。磁芯損耗： PC=pVe==20mW因此，磁芯損耗可忽略。尺寸－cm)： (9) 計算導(dǎo)線尺寸和線圈電阻由步驟(5)得到窗口尺寸：窗口寬度bw= ，高度hw=。=。 初級線圈－Ui=24V，D=。利茲線10匝能繞滿整個線圈寬度。導(dǎo)線長度等于30匝乘以平均匝長30=138cm。： Q=以及36層，求得Rac/Rdc=, Rac= Rdc=＝(10) 計算線圈總損耗和溫升次級直流損耗： P2dc=Io2Rdc=102=次級交流損耗 P2ac=I2ac2Rac==總的次級損耗－直流加交流 P2=+= 有效線圈高度可以增加次級線圈導(dǎo)線厚度，這樣可以減少直流損耗。(L1=n2L2).根據(jù)第六章計算初級和次級之間的漏感，初級邊近似為5μH。這將使初級和次級的Rac/Rdc都減少到接近1。因此，斷續(xù)模式在每個開關(guān)周期有三個不同的時刻：ton，tR和t0((b))。因為控制回路特征突然改變，可能引起不穩(wěn)定，這是不希望的。在臨界連續(xù)時輸出最大功率。設(shè)計理想的斷續(xù)模式反激變壓器的次級可能出現(xiàn)分?jǐn)?shù)匝，如果次級取整為1匝或2匝，將引起損耗和成本的增加，可通過改變匝比和占空度。,必須重新計算： 由平均電流求臨界連續(xù)時次級峰值電流： 所以，（＝）。4) 磁芯工作的最大磁通密度和最大擺幅。在低輸入電壓，當(dāng)電流達到峰值短路電流限制時出現(xiàn)ΔBmax和Bmax。因此，在Bmax＝，相應(yīng)于ΔI=I2p=46A。采用ETD24磁芯尺寸，AP=(帶骨架)：由手冊查得對于所選磁芯的參數(shù)為： 有效磁芯截面積Ae= 有效體積Ve= 平均磁路長度le= 中柱直徑D=窗口尺寸（’骨架減少的尺寸）： 窗口面積Aw/AW’= 寬度bw/bW’= 高度hw/hW’= 平均匝長lav=6) 決定熱阻RT和允許損耗，并將損耗分成磁芯和線圈損耗。乘以Ve=，校正后的磁芯損耗為560mW。=。Q=，1層對應(yīng)Rac/Rdc≈。8層，總的線圈高度為8(+)=。交錯繞時初級交流電阻為 Rac＝Rdc＝。如果線圈不交錯，根據(jù)第六章式（），漏感將增大一倍，但線圈間電容減少一半。不奮斗就是每天都很容易，可一年一年越來越難