电感设计的准则
发布时间:2025-01-21 13:38
由磁滞回线图能够看出,H加年夜时,B值也同时增添,但H加年夜到必定水平后,B值的增添就变得越来越迟缓,直至B值不再变更(u值越来越小,直至为零),这时磁性资料便饱跟了。平日电路中应用的电感都不盼望电感饱跟(特别利用除外),其任务曲线应在饱跟曲线以内,Hdc称为直流磁场强度或直流任务点。本文援用地点:对储能滤波电感,因为须要蒙受必定的直流电流(低频电流绝对与高频开关电流也可视为直流),也就是存在直流任务点Hdc不为零。磁芯需加气隙才干蒙受较年夜的直流磁通,如下图,以是该类电感平日选用铁粉芯做磁芯(有疏散气隙)。因为磁芯加了散布气隙,其饱跟进程就不是一个渐变而是一个突变的进程,以是电感的不饱跟成绩就转化为电感感值在直流量下的公道降落成绩。对PFC、BOOST、BUCK以及DC-DC电感,电感的取值平日由计划请求最年夜纹波电流(Ripple Current)来决议(平日计划指标是最年夜纹波电流百分比)。此中,对BUCK跟DC-DC电感,其直流任务点(IAVG)绝对恒定,如图是纹波电流峰峰值这是在最年夜直流任务点时,所需的电感最小感值。电感初始感值与最年夜直流任务点下感值的关联可从磁芯厂商供给的图表或盘算公式失掉。平日,无论怎样计划,在最年夜直流任务点处,都不该低于初始磁导率的30%,不然将招致感值摆动太年夜而对把持器发生倒霉影响。对PFC、BOOST电感,其直流任务点是50Hz/60Hz的工频旌旗灯号,并不牢固,如下图。此时,最年夜纹波电流百分比界说为最年夜纹波电流与额外输入电压下的电感电流峰值之比。留神,BOOST拓扑的最年夜纹波电流产生在输入刹时电压为BUS电压一半处,此时占空比为0.5。,留神,此处的直流任务点是输入刹时电压为BUS电压一半时对应的输入刹时电流。同时,在最恶劣前提的最年夜直流任务点下(高压满载输入电流的峰值),也都不该低于初始磁导率的30%。对INV电感,电感的取值平日看把持器是否牢靠限流来决议。因为INV电感需蒙受RCD等非线性打击负载,以是UPS平日有波峰因数比年夜于3:1的请求,斟酌现实逆变限流会稍年夜于3:1,平日取到4:1,以是,INV电感的最年夜直流任务点能够设为4:1(4倍于额外负载下的电感电流无效值)。固然,若波峰因数规格请求转变,须要做响应调剂。最年夜直流任务点下,不该低于初始磁导率的30%,不然很可能形成限流弗成靠而破坏INV开关管。感值断定后,抉择适当的磁芯,查规格可得其AL值,用以下公式就可算出匝数。电感重要由磁芯、线圈构成,以是其温度请求也由这两方面的限度形成。磁芯(Core):储能电感的磁芯有铁粉芯、铁硅铝粉芯、铁氧体等形成,现在应用最多的是铁粉芯。铁粉芯存在低温老化招致生效的成绩,其生效机理可说明如下:铁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混杂压抑而成,绝缘介质平日是高分子聚合物-树脂类形成,其在低温下绝缘机能会缓缓劣化,铁磁资料间的电阻会越来越小,从而磁芯的涡流消耗越来越年夜,年夜的消耗招致更高的温升,如许便构成了正反应,这称为热跑脱效应(Thermal Run away)。铁粉芯磁芯的寿命就是由热跑脱效应决议的,其与温度、任务频率跟磁通密度都有关联。现在公司应用较多的MicroMetals公司的铁粉芯存在上述成绩。但也需提示的是,如绝缘介质无低温劣化成绩,磁芯便不会有热跑脱效应,这与各公司的应用的资料跟工艺有关,并不停对。磁芯的温升与磁芯消耗直接相干,如前所述,磁芯消耗重要由磁滞消耗跟涡流消耗形成,对粉芯类磁芯,因为磁资料间绝缘阻抗很年夜,涡流消耗多少乎能够疏忽不计(但热跑脱效应是因为涡流消耗越来越年夜惹起)。磁滞消耗只与频率跟交换磁通密度(磁滞回线面积)有关,与其直流任务点磁通密度关联不年夜,以下公式是MicroMetals公司铁粉芯磁芯消耗盘算的教训公式:此中为开关任务频率,B(单元Gauss)为一个开关周期内交换磁通密度的峰值,其为个开关周期内交换磁通密度峰峰值的一半()。为常数,与材质有关,常用材质常数见下表。Materialsabcd-81.9×10e92.0×10e89.0×10e52.5×10e-14-261.0×10e91.1×10e81.9×10e61.9×10e-13-341.1×10e93.3×10e72.5×10e67.7×10e-14-353.7×10e82.2×10e72.2×10e61.×10e-13对BUCK跟DC-DC电感,稳态任务时,脉宽也基础稳固,以是B值很轻易断定。但对PFC、BOOST跟INV电感,其脉宽始终是变化的,B值也始终是变化的,以是在一个工频周期内的刹时消耗也是不定的,这时的消耗应以一个工频周期的均匀值来权衡。咱们晓得最年夜电流纹波产生在输入(或输出)是输出(或输入)电压一半的时间失掉,实在此时也是刹时交换磁通密度到达最年夜的时间,称之为,以是此时的刹时消耗也到达最年夜。经由实践盘算与实际测验,发明最恶劣前提下有如下关联:此中K与电路拓扑以及输出电压调制比有关。下图是半桥跟全桥逆变拓扑的电压调剂率与K的关联。均匀功率与峰值功率比跟电压调剂率关联图现在BUS电压介于340V~400V间,以是电压调剂率介于0.7~0.9间,由图可看出K介于0.35~0.6范畴。线圈(Coil):线圈的消耗是电流在导线电阻上发生的。电感中导线的电流畅常包括工频或直流身分的低频电流跟开关频率的高频电流。磁损与铜损的比例:磁芯的资料(除硅钢片较好外)平日是热的不良导体,热阻较高,而铜线是热的良导体,热阻很小。再加上平日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披发出去。为保障铁芯温度能够受把持,电感实践计划实现后,就须要斟酌工程实现的成绩了。需斟酌的工艺成绩有:1、电感线圈能否可绕得下2、线圈的绕法电感线圈的绕法重要有轮回式、来去式、渐进式三种。轮回式绕法是导线始终沿统一个偏向绕制,多层导线之间彼此叠压。长处:可呆板主动绕制,绕线系数高。毛病:绕线肇端端与停止端多少乎不间距,层间压差年夜,高压利用时易招致因压差过高而导线绝缘生效。来去式绕法是导线绕完一层后反偏向再绕下一层后,多层导线之间彼此叠压。肇端端与停止端有间距离开。长处:可呆板主动绕制;肇端端与停止端有间距离开,可局部处理压差年夜招致的导线绝缘生效成绩。毛病:绕线肇端端与停止端有间距离开,绕线系数不高。渐进式绕法是导线由肇端端沿一个偏向绕到停止端,导线不分层。长处:导线间压差小,绕线肇端端与停止端有间距离开,合适高压利用。毛病:需手工绕制,效力低,本钱高;绕线庞杂,绕线系数低。现实利用时,需依据电感任务的电压来决议选用何种绕法,但因为渐进式绕法的效力低、本钱高,非不得已不要选用。3、偏差确实定因为磁芯资料的磁参数均有较年夜的散布偏差,批次差别或厂商差别则差别可能更年夜,平日为±15%~25%,以是计划时需斟酌在参数偏向时所形成的影响。