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电感规划的三个准则

由磁滞回线图可以看出,H加大时,B值也同时增加,但H加大到一定程度后,B值的增加就变得越来越缓慢,直至B值不再变化(u值越来越小,直至为零),这时磁性材料便饱和了。通常电路中使用的电感都不希望电感饱和

准则一

由磁滞回线图能够看出,H加大时,B值也一起添加,但H加大到必定程度后,B值的添加就变得越来越缓慢,直至B值不再改动(u值越来越小,直至为零),这时磁性资料便饱满了。一般电路中运用的电感都不期望电感饱满(特别运用在外),其作业曲线应在饱满曲线以内,Hdc称为直流磁场强度或直流作业点。

关于储能滤波电感,因为需求接受必定的直流电流(低频电流相对与高频开关电流也可视为直流),也就是存在直流作业点Hdc不为零。磁芯需加气隙才干接受较大的直流磁通,如下图,所以该类电感一般选用铁粉芯做磁芯(有涣散气隙)。

因为磁芯加了散布气隙,其饱满进程就不是一个骤变而是一个突变的进程,所以电感的不饱满问题就转化为电感感值在直流量下的合理下降问题。

关于PFC、BOOST、BUCK以及DC-DC电感,电感的取值一般由规划要求最大纹波电流(Ripple Current)来决议(一般规划目标是最大纹波电流百分比)。

其间,关于BUCK和DC-DC电感,其直流作业点(IAVG)相对安稳,如图这是在最大直流作业点时,所需的电感最小感值。

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可从磁芯厂商供给的图表或核算公式得到。一般,无论如何规划,在最大直流作业点处,都不该低于初始磁导率的30%,不然将导致感值摇摆太大而对操控器发生晦气影响。

关于PFC、BOOST电感,其直流作业点是50Hz/60Hz的工频信号,并不固定,如下图。

此刻,最大纹波电流百分比界说为最大纹波电流与额外输入电压下的电感电流峰值之比。

留意,BOOST拓扑的最大纹波电流发生在输入瞬时电压为BUS电压一半处,此刻占空比为0.5。

留意,此处的直流作业点是输入瞬时电压为BUS电压一半时对应的输入瞬时电流。

一起,在最恶劣条件的最大直流作业点下(低压满载输入电流的峰值),也都不该低于初始磁导率的30%。

关于INV电感,电感的取值一般看操控器能否牢靠限流来决议。

因为INV电感需接受RCD等非线性冲击负载,所以UPS一般有波峰因数比大于3:1的要求,考虑实践逆变限流会稍大于3:1,一般取到4:1,所以,INV电感的最大直流作业点能够设为4:1(4倍于额外负载下的电感电流有效值)。当然,若波峰因数标准要求改动,需求做相应调整。

最大直流作业点下,μdc% 不该低于初始磁导率的30%,不然很或许形成限流不牢靠而损坏INV开关管。

感值确认后,挑选恰当的磁芯,查标准可得其AL值,用以下公式就可算出匝数。

准则二

电感损耗导致的温升在答应的规模内(考虑运用寿数)电感主要由磁芯、线圈组成,所以其温度要求也由这两方面的约束构成。

磁芯(Core)

储能电感的磁芯有铁粉芯、铁硅铝粉芯、铁氧体等构成,现在运用最多的是铁粉芯。铁粉芯存在高温老化导致失效的问题,其失效机理可解释如下:铁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合限制而成,绝缘介质一般是高分子聚合物-树脂类构成,其在高温下绝缘功能会渐渐劣化,铁磁资料间的电阻会越来越小,然后磁芯的涡流损耗越来越大,大的损耗导致更高的温升,这样便形成了正反馈,这称为热跑脱效应(Thermal Run away)。铁粉芯磁芯的寿数就是由热跑脱效应决议的,其与温度、作业频率和磁通密度都有联系。现在公司运用较多的MicroMetals公司的铁粉芯存在上述问题。但也需提示的是,如绝缘介质无高温劣化问题,磁芯便不会有热跑脱效应,这与各公司的运用的资料和工艺有关,并不肯定。

磁芯的温升与磁芯损耗直接相关,如前所述,磁芯损耗主要由磁滞损耗和涡流损耗构成,关于粉芯类磁芯,因为磁资料间绝缘阻抗很大,涡流损耗简直能够忽略不计(但热跑脱效应是因为涡流损耗越来越大引起)。磁滞损耗只与频率和沟通磁通密度(磁滞回线面积)有关,与其直流作业点磁通密度联系不大,以下公式是某公司铁粉芯磁芯损耗核算的经历公式:

其间为开关作业频率,B(单位Gauss)为一个开关周期内沟通磁通密度的峰值,其为个开关周期内沟通磁通密度峰峰值的一半()。为常数,与原料有关,常用原料常数见下表。

关于BUCK和DC-DC电感,稳态作业时,脉宽也根本安稳,所以B值很简单确认。但关于PFC、BOOST和INV电感,其脉宽一向是变化的,B值也一向是变化的,所以在一个工频周期内的瞬时损耗也是不定的,这时的损耗应以一个工频周期的平均值 Pcore-loss-avg 来衡量。

咱们知道最大电流纹波发生在输入(或输出)是输出(或输入)电压一半的时分得到,其实此刻也是瞬时沟通磁通密度到达最大的时分,称之为,所以此刻的瞬时损耗也到达最大。通过理论核算与实践查验,发现最恶劣条件下 Pcore-loss-peak 与 Pcore-loss-avg 有如下联系:

其间K与电路拓扑以及输出电压调制比Vo_pp/2VBUS有关。

现在BUS电压介于340V~400V间,所以电压调整率介于0.7~0.9间,由图可看出K介于0.35~0.6规模。

线圈(Coil)

线圈的损耗是电流在导线电阻上发生的。电感中导线的电流一般包括工频或直流成分的低频电流和开关频率的高频电流。

磁损与铜损的份额

磁芯的资料(除硅钢片较好外)一般是热的不良导体,热阻较高,而铜线是热的良导体,热阻很小。再加上一般用的环形磁芯都是线圈包住铁芯(内铁式)。因而线圈上的热量能够较磁芯上的热量更好地发出出去。为确保铁芯温度能够受操控

准则三

电感理论规划完成后,就需求考虑工程完成的问题了。

需考虑的工艺问题有:电感线圈是否可绕得下、线圈的绕法、差错的确认。

电感线圈的绕法主要有循环式、往复式、渐进式三种。

●循环式绕法是导线一向沿同一个方向绕制,多层导线之间彼此叠压。长处是可机器主动绕制,绕线系数高。缺陷是绕线开始端与完毕端简直没有距离,层间压差大,高压运用时易导致因压差过高而导线绝缘失效。

●往复式绕法是导线绕完一层后反方向再绕下一层后,多层导线之间彼此叠压。开始端与完毕端有距离分隔。长处是可机器主动绕制;开始端与完毕端有距离分隔,可部分解决压差大导致的导线绝缘失效问题。缺陷是绕线开始端与完毕端有距离分隔,绕线系数不高。

●渐进式绕法是导线由开始端沿一个方向绕到完毕端,导线不分层。长处是导线间压差小,绕线开始端与完毕端有距离分隔,合适高压运用。缺陷是需手艺绕制,功率低,本钱高;绕线零乱,绕线系数低。

实践运用时,需依据电感作业的电压来决议选用何种绕法,但因为渐进式绕法的功率低、本钱高,非不得已不要选用。

因为磁芯资料的磁参数均有较大的散布差错,批次不同或厂商不同则差异或许更大,一般为±15%~25%,所以规划时需考虑在参数误差时所形成的影响

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