【正文】 高或太低，用一個大的或小的 磁芯迭代。 舉例－ Buck輸出濾波電感 例 17 在第七章設(shè)計了一個輸出 5V， 50A的正激變換器。 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 131 最大占空度： (在最小 Uimin) 最小占空度： (在最大 Uimax ) 最大紋波電流 Δ I： 50A 20%=10A 最大峰值電流 Ipmax： 65A 電感量 L： H（ L=Uo’Tof/Δ I= 5 10－ 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。但在實際應(yīng)用時，如果兩種材料價格相差不大，廠家為了減少產(chǎn)品規(guī)格和品種，往往采用與變壓器相同的材料 ) 3．決定磁芯工作最大磁通密度和最大磁通擺幅：采用飽和限制 Bmax＝ （ 3000高斯）。最大峰峰值磁通擺幅對應(yīng)于最大電流紋波： ? ?B B II Tpmax max maxmax . .? ? ?0 3 1065 0 046 峰峰值磁通 擺幅除以 2，峰值磁通密度為 （ 230高斯）。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于經(jīng)驗 100mW/cm3。所以最大磁通密度擺幅就是前面計算的 Δ Bmax=. 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。 磁芯尺寸 :34mm－ ETD34。由手冊得到熱阻為 19℃ /W。磁芯比損耗為 4mW/cm3(步驟 3)： 132 PC=mW/cm3 Ve=4 =30mW 所以，線圈損耗可能大于 2W。 6． 計算保證電感量的所需匝數(shù)：由式（ ）得到 N L IB Ae? ? ??? maxmax 10 2 (L－ μ H,尺寸－ cm) N ? ?? ? ? ??2 2 100 046 0 97 10 4 93 52.. . .匝 7．計算達到所需電感量的氣隙長度：由式（ ）得到 ? ? ?? ????????? ?0 2241 10N AL Decp (L－ μ H,尺寸－ cm) ? ? ?? ? ? ? ???? ??? ? ??4 10 5 0 972 2 1 1 08 10 0 1927 22 4.. . . cm 8． 計算導(dǎo)體尺寸， 線圈電阻，損耗和溫升。第 6步得到線圈 5匝（ 5層），用 繞制，層間有厚 。它除以線圈的寬度，得到導(dǎo)體的厚度為 。只有骨架高度的一半。導(dǎo)體的截面積增加到 。線圈電阻為 R lA mdc ? ? ? ? ??? 2 3 10 30 50 2 0 356. .. . ? 直流損耗： Pdc=502 ＝ 參考 。現(xiàn)在導(dǎo)體的厚度為 , Q=。所以 Rac= 。 則交流損耗為 P I R Wac ? ? ? ?2 22 9 0 035 0 29. . . 線圈總交流和直流損耗： PW=+= 9．因為磁芯損耗僅 30mW，總損耗 。這是因為磁芯 ETD34的面積乘積比計算要求大 133 了 65％，可以用較小的磁芯。 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。所有電流歸化到安匝數(shù)，即初級和次級電流分別乘以各自的匝數(shù)。 反激變壓器的設(shè)計和損耗計算需要決定占空度 D。 39。1 () 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。 理論上，不管 Ui和 Uo如何，可以取任意變比。一般 D近似為 n（臨界工作模式）為最佳。例如，減少 n就減少了占空度，減少峰值開關(guān)電壓和峰值整流電流，但是增加了峰值開關(guān)電流和峰值整流電壓。在第六章 (平均值 )、 交流和總的有效值電流。 圖 （平均值）為 I D I I DIdc p a? ? ?( )m in2 () 式中 Imin=IpΔ I。上式也適用于電流斷續(xù)模式，此時 Imin=0。所以 I DI I Da a? ?2 () 對于三角波，方程（ ）變成： I D I I Dp p? ?3 0 5772 . () 交流有效值（對于所有波形 ,式 ()） I I Iac dc? ?2 2 () 3. 連續(xù)工作模式 在連續(xù)工作模式電感中，總電感安匝的交流紋波分量與滿載直流分量相比很小，磁芯 134 損耗通常不重要。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。在低 Ui 時，初級直流和峰值電流以及總的電感電流達到最大。 此外，在高 Ui時，總電感電流交流紋波電流和磁芯損耗最大。 4. 連續(xù)模式電感設(shè)計舉例 例 18 (1) 決定設(shè)計反激變壓器有關(guān)的電源參數(shù)。 4V 輸出 Uo： 5V 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：在 28V輸入時 最大紋波電流 Δ I： 5A(次級 ),32V輸入 峰值短路電流 Isp： 25A(次級 ) 次級電感 L： H(D=, Δ I=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 =28V和設(shè)定的占空度為 匝比為： n UU D Dio? ? ? ? ? ? ? ?39。低輸入電壓時的占空度為： D nUU nUDoi o24245 5 0 624 5 5 0 6 0 5381 0 462? ? ? ?? ? ?? ?39。( . )( . ) .. 線圈取整后，占空度要相應(yīng)發(fā)生變化，電流推遲到后面計算。 100℃時，飽和磁感應(yīng)為。 安匝 Ip Idc Iac Ia Ton T 安匝 Ia Iac Idc Ton T 圖 連續(xù)反激波形 135 電感安匝連續(xù)模式，飽和限制了最大磁通密度 Bmax＝ (3000高斯 )。假定加了氣隙的磁芯的 B－ H特性線性度好， Δ Bmax與電流紋波（在 32V）將是： ? ?B B II TSpmax max . .? ? ?0 3 525 0 06 將峰峰值磁通密度擺幅除以 2是 （ 300高斯）。比經(jīng)驗值 100mW/cm3小得多，磁芯損耗可忽略不計。 (5) 應(yīng)用廠商提供的手冊或應(yīng)用面積乘積公式（式 ()）預(yù)選磁芯形狀和尺寸。把損耗分成線圈損耗和磁芯損耗。根據(jù)最大溫升 Δ T的允許損耗為： Plim=Δ T(℃ )/RT=40/19= 因為這超過了設(shè)計要求的最大損耗 2W，就采用極限損耗 2W。整個允許損耗可歸到線圈內(nèi)。尺寸－ cm)： N L IB A e2 210? ? ??? m ax ? ?? ? ? ??6 8 50 06 0 97 10 5 84 62.. . .匝 根據(jù)匝比求得初級匝數(shù)： N N n1 2 6 5 30? ? ? ? ?匝 (8) 根據(jù)式 ()要求的電感量所需的氣隙長度 (L－ μ H。線圈每端需要的爬電距離 .，線圈有效寬度為 － 2 =。計算個電流值 (式（ ， ， ） ) 輸出電流： Io=10A 平均峰值電流： I ID Aa o2 241 100 462 21 65? ? ? ?. . 電流有效值： ? ?I D I Aa2 24 221 14 7? ? ? . 交流電流： I I I Aac o2 22 2 10 77? ? ? . 次級是 6匝 6層銅帶，寬 ，厚度 ，卷繞。電流密度為 650A/cm2－因磁芯損耗可忽略，銅損耗可大些，故電流密度可取高些。平均匝長等于 。線圈直流電阻： R lAdc ? ? ? ?? 2 3 36 60 0225 0 0037. .. . ? 計算交流電阻：在 100kHz時 Δ ＝ 。從圖 Dowell曲線 Q= 6層查得 Rac/Rdc近似 。由式（ ），（ ）， ()， (）計算初級電流。因此 平均峰值電流 I1a： I2a/n= 直流電流 Idc： D I1a= = 有效值電流 I1： D A? ?I1a2 318. 交流電流 I1ac： I Irm s2 1dc2? ? 2 16. A 峰值短路電流 I1sp： 25/n=5A 初級線圈 3匝利茲線，直徑 ， 3層，每層 10匝。3層初級的高度是 3 =。由 /cm，整個利茲線的比電阻再除以 150， 100℃時比電阻為 /cm。 初級線圈電阻： Rdc= 183= 為了計算交流電阻， 150股導(dǎo)線近似等效為正方形 12深和 12寬（ 12的平方 150根）的陣列。 －中心的間隔等于線圈寬度除以 120（ 10匝利茲線乘以利茲線寬 12根 137 ）間隔為 。但因此 Q值較大，引起交流電阻增加，因而交流損耗增加大于直流損耗的減少。 總線圈高度（包括 ）： ++=，在可用的線圈高度 之內(nèi)。線圈間電容 50pF。交錯結(jié)構(gòu)將線圈分成兩部分，每部分層數(shù)相等。次級 銅的厚度增加，可進一步減少損耗。根據(jù)定義，在每個開關(guān)周期的一部分時間總的安匝下降到零。隨著負(fù)載增加，峰值電流 Ip， tT,和 tR也增加，但 t0減少。 138 進一步增加負(fù)載，進入連續(xù)模式。 在斷續(xù)模式中，在每個周期中，在導(dǎo)通期間存儲的所有的能量（ LI1p2/2）在截止期間傳輸 到輸出。所以，如果頻率 f， L， Uo保持不變， LI1p2/2也不隨 Ui變，但僅正比于負(fù)載電流，而 I1p正比于負(fù)載電流的平方根。 以到達臨界連續(xù)時正好達到短路允許峰值電流條件下設(shè)計電路，設(shè)計的匝比、占空度和電感量在峰值電流小于允許峰值電流時，提供全部輸出功率。尤其在高頻需要很少次級匝數(shù)，選取匝數(shù)發(fā)生困難時。 例 19 斷續(xù)模式電感設(shè)計舉例 1） 決定反激變壓器設(shè)計有關(guān)的參數(shù)。 4V 輸出電壓 Uo： 5V 滿載電流 Io： 10A 短路電流 Is： 12A 電路拓?fù)洌悍醇?，斷續(xù)模式 開關(guān)頻率 f： 100kHz 設(shè)定的占空度 D： 24V,臨界連續(xù)時 限定次級峰值電流 I2p： 45A(次級 ) 限定次級電感 L2： H(D=,Δ I=45A) 最大損耗（絕對）： 最大溫升 Δ T： 40℃ 冷卻方式：自然冷卻 2) 初步計算： 根據(jù)最小 Ui(24V)和 Uo（ ）以及設(shè)定的占空度 ： n UU D Dio? ? ? ? ? ? ? ? ?39。臨界連續(xù)時占空度不再是 ,必須重新計算： D U nU U noi o24 5 624 5 6 4 0 483? ?? ? ? ? ? ? ?39。 . . . 1 051724? ?D . 由平均電流求臨界連續(xù)時次級峰值電流： 臨界模式（低 Ui） (安匝 ) ISp