反激變壓器的設(shè)計-08

1、第8章 電感和反激變壓器設(shè)計概述概述 本章內(nèi)容第一節(jié) 應(yīng)用場合 1、輸出濾波電感(Buck) 2、Boost 和Boost/Buck 電感 3、反激變壓器 4、耦合濾波電感第二節(jié) 損耗和溫升第三節(jié) 磁芯 1、磁芯氣隙 2、散磁引起的損耗 3、擴大電感磁通擺幅 4、磁芯材料和形狀 5、決定磁芯尺寸第四節(jié) 電感計算 1、氣隙磁芯電感 2、磁粉芯和恒導(dǎo)磁芯電感 3、利用電感系數(shù)AL計算電感第五節(jié) 電感設(shè)計 1、設(shè)計步驟 2、舉例Buck輸出濾波電感 3、反激變壓器電感設(shè)計 總結(jié) 應(yīng)用場合 應(yīng)用場合LU TIU TkIU DDkfIoofoofoio212() (8-1) 式中: Ui電感輸入端電壓(

2、V)；DTon/T占空度； UoDUi輸出電壓(V)；f=1/T開關(guān)頻率（Hz）； Io輸出電流（A）；k=I/2Io Ton, Tof=T- Ton輸入電壓的高電平（導(dǎo)通）時間 和低電平（截止）時間。 應(yīng)用場合 例如，假定滿載電流Io為10A，典型的峰峰值三角波紋波電流I為Io的20，即2A（在高Ui時最壞），最壞情況下的紋波電流有效值是0.58A(式(6-24) )，而紋波電流有效值的平方僅0.333A，直流電流的平方是100，因此，如果交流I2R損耗等于直流損耗，Rac/Rdc比要大到300（圖6-9），一般不可能達到300。所以，交流線圈損耗通常不重要。 此外，磁芯有很大的直流偏磁，紋

3、波電流小，相應(yīng)的磁通密度擺幅也很小，磁芯交流損耗也很小。因此磁芯的磁通密度選擇得越高越好，當(dāng)然不應(yīng)當(dāng)飽和。這樣，普通損耗較大的高飽和磁通密度磁材料也可用作高頻濾波電感。例如，高飽和磁通密度的合金帶，象硅鋼片DG30.05mm以下的帶料可用到40kHz。又如鐵粉芯，Kool （鐵鋁硅粉芯）可用到100kHz，可以減少成本和尺寸，但磁芯損耗將變大些。 應(yīng)用場合如果工作在斷續(xù)模式(圖8-2(a)，一般按滿載時達到臨界連續(xù)選擇電感：LU TIU TIU DDfIoofoofoio212() 式中I=2Io 不管是單線圈還是多線圈電感，很少工作在電流斷續(xù)模式。斷續(xù)模式斷續(xù)模式雖然電感小，但首先首先輸出濾

4、波電容的紋波電流增加了，要滿足輸出紋波電壓要求，電容量大，損耗也大。其次其次磁芯磁通主要是脈動分量，磁芯損耗大。線圈交流分量大，不僅考慮直流電阻損耗，還要考慮交流電阻損耗，線圈損耗增加。第第三三電流連續(xù)時輸入峰值電流近似等于輸出電流，斷續(xù)時，峰值電流至少是輸出電流的的一倍，加大了功率器件的定額。第四第四雖然減少了功率器件開通和二極管反向恢復(fù)損耗，但功率管關(guān)斷損耗由于電流加倍損耗也成倍增加。第五第五高頻時，電流斷續(xù)要求較小的電感量（式（8-2），電感體積似乎可以減少，但從第八章變壓器設(shè)計知道，在一定的比損耗下，隨著頻率升高允許磁感應(yīng)擺幅下降，電感體積不會下降很多；第六第六在多路輸出時，一路電感工

5、作在斷續(xù)模式，交叉調(diào)節(jié)性能差。所以電感電流斷續(xù)用于小功率。 (8-2) 比較(8-1)和(8-2)可見，工作在電流斷續(xù)時電感遠小于電流連續(xù)時電感值。 應(yīng)用場合Boost和Boost/Buck電感 圖8-1(b)(c)所示的Boost和Boost/Buck電感通常設(shè)計在電流連續(xù)模式。所需的電感量：式中 Ii=Io/(1-D) 輸入電流，Boost中為輸入電流平均值；Boost/Buck中為輸入電流導(dǎo)通時間電流的中值。 變換器效率。其余符號和式（8-2）相同。LU TIU DkfIionii2(8-3) 如同前面討論的濾波電感一樣，電感設(shè)計通常受直流線圈損耗和磁芯飽和限制。但是不少Boost和反激

6、電感設(shè)計在電流斷續(xù)模式，這是因為希望電感值小，從而電感體積小。帶來的問題與濾波電感相似的問題。斷續(xù)時需要的電感量：oiionionifIDDUITUITUL2)1 (2（8-4） 應(yīng)用場合在開關(guān)電源中，Boost拓?fù)鋸V泛應(yīng)用于功率因數(shù)校正電路和低電壓變換電源中。在APFC(Active Power Factor Correction)電路中，因輸入電壓不是直流，而是連續(xù)變化的電網(wǎng)整流的全波波形，這就使得Boost電感設(shè)計復(fù)雜化。由于Ui隨電網(wǎng)電壓波形改變時，高次諧波也隨之發(fā)生很大變化。高頻紋波電流、磁通擺幅、磁芯損耗和線圈損耗在整個整流電網(wǎng)周期中隨著改變。不同的APFC應(yīng)用，情況進一步復(fù)雜，B

7、oost拓?fù)淇稍O(shè)計在極其不同的工作模式：固定頻率連續(xù)型、變頻連續(xù)型、臨界連續(xù)變頻型、固定頻率斷續(xù)型、變頻斷續(xù)型和固定頻率連續(xù)型、變頻連續(xù)型、臨界連續(xù)變頻型、固定頻率斷續(xù)型、變頻斷續(xù)型和連續(xù)模式以及在電網(wǎng)電壓低，小電流期間和輕載時工作斷續(xù)型連續(xù)模式以及在電網(wǎng)電壓低，小電流期間和輕載時工作斷續(xù)型。和Buck型電感一樣， Boost電感設(shè)計的限制因素是(a)整個電網(wǎng)周期中平均損耗；(b)在最大峰值電流時磁芯飽和。Boost拓?fù)錄]有電流限制能力。因此，常在輕載和空載啟動APFC；即使這樣，啟動時，輸入電源通過電感要給輸出電容從零電壓充電，將引起電路諧振或引起電感瞬態(tài)飽和，產(chǎn)生的沖擊電流基本上與簡單的電

8、容濾波相同。在低功率應(yīng)用時，選取更大容量的整流器件并在主輸入電路串聯(lián)一個小的功率電阻限流。在高功率時，通常要設(shè)計專門電路限制沖擊電流過大，保護整流器。 應(yīng)用場合限制啟動沖擊電流的電路如圖8-3所示。為避免電感啟動飽和和LC諧振，以上限流電路一般在整流輸出和Boost輸出端之間接一個二極管，啟動時，將電感短路。 最簡單的限流是在輸出電容電路中串聯(lián)一個負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC(Negative Temperature Coefficient)或在主電路中串聯(lián)一個正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC(Positive Temperature Coefficient)。 應(yīng)用場合反激變壓器反激變壓器即使工作在電流

9、連續(xù)模式，盡管總安匝不會停留在零，但是，對于反激變壓器的每個線圈來說，線圈電流總是處于斷續(xù)狀態(tài)。當(dāng)然電流（安匝）斷續(xù)更是如此。這是因為開關(guān)期間，電流（安匝）在初級和次級之間來回轉(zhuǎn)換，如圖8-4所示。即初級安匝減少時，次級安匝等量增加，反之亦然。雖然總安匝是連續(xù)的，紋波很小，但每個線圈的電流交替由零到最高峰值之間變化。無論什麼工作模式，線圈交流損耗大。磁芯與線圈不同，因總安匝紋波很小，磁芯有很大的直流偏磁，很小的磁通密度擺幅。因此和先前討論的電流連續(xù)模式一樣，磁芯損耗很小。安匝連續(xù)時所需的電感量：LU TIU DkfIU DDkfINNioniio11112212()(8-5)式中 k=I1/I

10、1=I2/I2； I1，I2初級和次級脈沖電流的中值。 N1，N2初級和次級匝數(shù)；其余符號與前面相同。 應(yīng)用場合電流斷續(xù)模式線圈和磁芯損耗都大。在最大負(fù)載時，仍保持?jǐn)嗬m(xù)。根據(jù)輸入功率等于輸出功率與功率級的損耗之和，則要求的電感量為：fPDULoi2)(2maxmin1（8-6）式中 Uimin最低輸入電壓（V）； Dmax對應(yīng)最低輸入電壓時最大占空比； Po輸出功率（W）； f開關(guān)頻率（Hz）； 效率，初始設(shè)計可定為80%。 應(yīng)用場合耦合濾波電感正激、半橋和全橋等變換器中，如果要求多路輸出，通常各路輸出各自單獨用一個電感和一個電容濾波。輸出電壓僅一路閉環(huán)調(diào)節(jié)，其余輸出電路開環(huán)工作。圖8-5是3

11、路輸出的正激變換器的例子，每路都有一個濾波電感。1輸出閉環(huán)工作，而其余各路開環(huán)工作。當(dāng)各路電感電流連續(xù)時，n路輸出電壓為UUUNNUDnoisd21(8-7) 式中 Ui輸入直流電壓； Us功率管壓降，還應(yīng)當(dāng)包含初級線圈電阻壓降； N2次級線圈匝數(shù)； N1初級線圈匝數(shù)；Ud次級整流器壓降，還應(yīng)當(dāng)包含電感線圈的電阻壓降；D=Ton/T占空度。 應(yīng)用場合 假定功率開關(guān)壓降為1V，如果輸出為10V以下的低電壓，一般采用肖特基二極管整流和續(xù)流，壓降為0.5V；如輸出高電壓采用快恢復(fù)二極管，一般在1V左右。上式可簡化為UUNNDUDnoi10505212.(8-7a) 式(8-7a)中U2為輸出次級線圈

12、上電壓幅值。由于1輸出Uo1是閉環(huán)調(diào)節(jié)，如果電感電流連續(xù)，整流壓降變化很小，輸出電壓與負(fù)載基本上無關(guān)。當(dāng)輸入電壓變化時，調(diào)節(jié)占空度D保持輸出電壓穩(wěn)定，其它輸出也應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定，只是由于開關(guān)壓降、二極管壓降以及線圈電阻壓降隨輸出電流變化而變化，電感電流連續(xù)時一般輸出電壓變化不大。 應(yīng)用場合如果某路輸出電流減少到臨界連續(xù)電流以下，該路輸出電壓將隨負(fù)載電流變化，輸出與輸入電壓的關(guān)系為2max4/11DIIUUGoio (8-8) 式中 Io電感電流斷續(xù)時輸出電流； IGmaxU2T/8L占空度等于0.5時臨界連續(xù)電流?？梢姡敵鲭妷翰粌H與D有關(guān)，而且還與負(fù)載電流有關(guān)。如果輸入電壓不變，僅1輸出電流下降到臨

13、界連續(xù)電流以下，由式(8-8)可見，為維持1輸出電壓穩(wěn)定，占空度D比連續(xù)時將大大減少。而電流仍為連續(xù)的其它開環(huán)輸出電壓仍由式(8-7)決定，輸出電壓隨閉環(huán)調(diào)節(jié)的占空度下降而跟隨減少。反之，如1電感電流連續(xù)，而開環(huán)中的一路負(fù)載電流下降到臨界連續(xù)電流以下，即負(fù)載電阻加大(RL=Uo/Io)，由于閉環(huán)輸出決定的占空度未變，即導(dǎo)通時間不變，使得開環(huán)電感電流斷續(xù)的輸出電容充電時間不變，負(fù)載電阻加大而電容放電不足，輸出電壓升高。這就是交叉調(diào)節(jié)問題。開環(huán)輸出電壓有可能變化達200300。每一路都存在最小電流問題。 應(yīng)用場合每路獨立電感還存在動態(tài)交叉調(diào)節(jié)問題。在輸出過載時，為避免各路濾波電感飽和，單獨電感濾波

14、每路輸出必須單獨設(shè)置電流限制。此外，對初級說來，所有的次級是并聯(lián)的。各路輸出都有自己的濾波器，諧振點不同。在諧振頻率時相當(dāng)于一個電流源。變換器只一路受控，由于諧振頻率點高阻抗特性，引起閉環(huán)環(huán)路增益下降和相移，尤其是對電流型控制閉環(huán)回路影響特別嚴(yán)重。以上分析看到，多路輸出單獨濾波電感存在許多固有的缺點。但多路輸出中通常只有一路或兩路是比較重要的負(fù)載，往往是最低電壓，如5V，輸出電流最大。其余輸出如果希望高精度，常常后續(xù)一個線性穩(wěn)壓或磁調(diào)節(jié)器達到所需的穩(wěn)定度要求。但有些負(fù)載，如風(fēng)扇，運算放大器和驅(qū)動電路等供電電源，即使電壓在12V范圍變化，也是允許的。只要每路工作在電感電流連續(xù)狀態(tài)，負(fù)載電壓調(diào)節(jié)通

15、常在1V以下，完全能滿足使用要求。 應(yīng)用場合要使電感電流工作在連續(xù)狀態(tài)，減少交叉調(diào)節(jié)問題，多路輸出可公用一個耦合濾波電感。為了使得問題簡化，假定輸出只有兩路，同時開關(guān)管和二極管為理想器件。兩路次級電壓幅值分別為U21和U22，首先討論兩路用獨立電感L1和L2。電感電流連續(xù)時輸出電壓分別為UDUo121222oUDU(8-9a) (8-9b)因為兩個次級線圈繞在一個變壓器上，U21/U22= N21/N22。如果Uo1 Uo2，將U22折合到U21：U22= N21 U22/N22。因此有UDUUoo2221（8-10）因為折合到低壓端的輸入電壓相等，可以并聯(lián)在一起。對同一個輸入來說，相當(dāng)于兩個

16、電感并聯(lián)，輸入電流的變化率為onoiTILtiLUUdd（8-11）如果將兩個并聯(lián)的電感線圈繞在一個磁芯上耦合電感，L1和2輸出折合到1輸出的電感L2的匝數(shù)必須相等。否則引起的不同的互感電勢，在兩個輸出之間引起環(huán)流，導(dǎo)致輸出紋波加大。因此，每路輸出濾波耦合電感的匝比必須耦合電感的匝比必須與變壓器次級匝比精確相同與變壓器次級匝比精確相同。 應(yīng)用場合由于是耦合電感，存儲和釋放能量是在一個磁芯磁場中，每個支路的能量的變化只占總能量的一部分，因此交叉調(diào)節(jié)的影響大大下降，一般1030左右，而不是200300。當(dāng)折合到一個輸出時，兩個輸出合并為一路輸出，總電流是兩者之和。如果輸出電容ESR也按比例折合時，

17、紋波電流也按比例分配。實際上，各耦合線圈的之間存在不耦合的漏感和引線電感，而且互不相等，這時帶有漏感的耦合電感等效電路如圖8-6所示。 應(yīng)用場合根據(jù)這一紋波分配原理，可用來減少輸出濾波電容。在輸出濾波電感上繞有兩個耦合線圈交流線圈和直流線圈，交流線圈緊貼磁芯，漏感很小，而直流線圈繞在最外層，具有較大的漏感。兩個線圈的輸入端連接在一起，直流線圈另一端接輸出常規(guī)輸出電容C1輸出；交流線圈另一端經(jīng)諧振電容C2接到輸出公共端。等效電路如圖8-7所示。交流線圈與耦合電感對輸入開關(guān)基波頻率諧振，流過大部分紋波，而直流線圈輸出紋波電流很小。在設(shè)計多路耦合電感時，所有耦合電感支路折合到最低輸出端，根據(jù)總輸出電

18、流按單線圈選取磁芯、總導(dǎo)線截面積以及線圈導(dǎo)線尺寸、匝數(shù)。然后根據(jù)各路實際電流和次級匝比得到各線圈匝數(shù)和尺寸。各線圈應(yīng)當(dāng)良好耦合，高壓承擔(dān)更大紋波電流，一般緊貼磁芯時漏感（2左右）較小。但漏感不應(yīng)當(dāng)超過10，否則交叉調(diào)節(jié)變差。 應(yīng)用場合第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用場合應(yīng)用場合 1、輸出濾波電感(Buck) 2、Boost 和Boost/Buck 電感 3、反激變壓器 4、耦合濾波電感第二節(jié)第二節(jié) 損耗和溫升損耗和溫升第三節(jié)第三節(jié) 磁芯磁芯 1、磁芯氣隙 2、散磁引起的損耗 3、擴大電感磁通擺幅 4、磁芯材料和形狀 5、決定磁芯尺寸第四節(jié) 電感計算 1、氣隙磁芯電感 2、磁粉芯和恒導(dǎo)磁芯電感 3、利用電感系

19、數(shù)AL計算電感第五節(jié) 電感設(shè)計 1、設(shè)計步驟 2、舉例Buck輸出濾波電感 3、反激變壓器電感設(shè)計總結(jié)第六章討論的溫升限制、損耗和變壓器熱阻等關(guān)系，通常也適用于電感。設(shè)計電流斷續(xù)模式電感時，磁芯損耗大。如磁芯損耗近似等于線圈損耗，總損耗最小,電感體積也最小。當(dāng)電感電流連續(xù)時，磁芯損耗通常忽略不計，因此線圈損耗就是總的損耗。 損耗和溫升第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用場合應(yīng)用場合 1、輸出濾波電感(Buck) 2、Boost 和Boost/Buck 電感 3、反激變壓器 4、耦合濾波電感第二節(jié)第二節(jié) 損耗和溫升損耗和溫升第三節(jié)第三節(jié) 磁芯磁芯 1、磁芯氣隙 2、散磁引起的損耗 3、擴大電感磁通擺幅 4、磁芯材

20、料和形狀 5、決定磁芯尺寸第四節(jié) 電感計算 1、氣隙磁芯電感 2、磁粉芯和恒導(dǎo)磁芯電感 3、利用電感系數(shù)AL計算電感第五節(jié) 電感設(shè)計 1、設(shè)計步驟 2、舉例Buck輸出濾波電感 3、反激變壓器電感設(shè)計總結(jié)磁芯氣隙理想的具有高矩形度的磁芯材料是不儲能的。理想的具有高矩形度的磁芯材料是不儲能的。實際高磁導(dǎo)率材料磁芯存儲很少的能量，送入到磁芯能量的一部分為磁滯損耗，最終消耗掉。電感是一個能量存儲元件。為了有效地存儲和返回能量到電路中去，并要求體積最小，由式（1-13）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。為此，在高磁導(dǎo)率材料磁芯中串聯(lián)一個非磁氣隙，用來調(diào)整有效磁導(dǎo)率e。在鐵氧體或合

21、金帶料磁芯中，需要一個單獨的氣隙。但在粉末金屬磁芯中，氣隙分布在磁性金屬粉末之間粘結(jié)劑所占的空間。磁元件在儲存和釋放磁能時，磁芯中存在：（a a）能量的存儲和）能量的存儲和釋放伴隨著磁通的變化，由此引起磁芯損耗；（釋放伴隨著磁通的變化，由此引起磁芯損耗；（b b）磁芯會飽和。）磁芯會飽和。飽和后磁材料在一定磁通密度以上，磁芯組成的磁路成了高磁阻。磁芯損耗引起的溫升和有限的飽和磁感應(yīng)限制了氣隙磁芯存儲能量的能力。體積最小，成本最低的電感是設(shè)計追求的目標(biāo)。體積最小，成本最低的電感是設(shè)計追求的目標(biāo)。體積最小意味著磁芯利用最好，損耗最小。在特定的應(yīng)用條件下，最佳磁芯利用率（最小體積）與最佳氣隙長度有關(guān)

22、（分布氣隙的磁粉芯是有效磁導(dǎo)率e）。不同應(yīng)用或不同頻率的相同的磁芯，最佳氣隙長度不同。磁芯利用最好，就要求磁芯工作在最大磁通密度（受飽和磁感應(yīng)或磁芯損耗限制）和最大線圈電流密度（受線圈損耗限制）時最佳氣隙長度，才能獲得最小的磁芯尺寸。所以電感設(shè)計就是要尋求最佳氣隙長度（對于分布氣隙求最佳e）。圖8-8示出了最佳氣隙磁芯特性曲線，縱坐標(biāo)受磁芯最大磁感應(yīng)BS限制；橫坐標(biāo)磁場強度受線圈最大電流密度限制。特性曲線和縱坐標(biāo)之間的面積表示磁芯儲能能力。其它氣隙尺寸（不是最佳，特性斜率不同）小于圖示存儲的能量。一般很難做到磁芯最佳利用。在第三章我們看到，如果高磁導(dǎo)率材料的磁芯沒有氣隙，線圈均勻分布在磁芯上，

23、沿著磁路各點磁位差是很小的，也就是說，散磁很小。當(dāng)氣隙在整個磁芯分布時，象磁粉芯材料，線圈也必須均勻分布在整個磁芯的長度上。如環(huán)形磁粉芯線圈均勻分布在整個磁芯上，雜散磁通最小。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。為了減少雜散磁通，應(yīng)將線圈分布與氣隙一致。例如，圖8-9a所示的C型磁芯，氣隙在一個芯柱上。線圈放在氣隙對面的芯柱（無氣隙）上，整個線圈產(chǎn)生的磁勢加在磁芯上，很大的雜散磁通向外擴散到器件外，再加上氣隙端面磁通。存儲在外磁場的雜散能量可能和氣隙儲能差不多，使電感值遠大于期望的電感值。這些雜散磁通將噪聲和E

24、MI耦合到外電路和外部空間。氣隙越大，雜散磁通比例越大，很難預(yù)計雜散磁通增加的電感量。雖然在第三章介紹了不同磁路的電感計算方法，精確計算仍很困難但如果將相同的線圈放置在氣隙芯柱上，如圖8-9b所示。整個線圈磁勢直接降落在氣隙長度上。加在線圈長度以外的磁路磁壓降近似為零，磁位差很小，散磁通也就很小。對外電路干擾大大減少。當(dāng)一個線圈直接放在氣隙上時，如果氣隙大小與端面尺寸之比在1/20以下時，邊緣磁通影響較小，可近似用式(3-12)計算電感。如果氣隙尺寸較大，則不可忽略邊緣磁通，應(yīng)當(dāng)采用式(3-22)(3-23)計算。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

25、通密度最大，可能過早發(fā)生飽和。應(yīng)當(dāng)在按本章后面設(shè)計步驟7和8設(shè)計計算的氣隙長度和匝數(shù)之后，校核磁芯最大磁通密度，并通過一個樣品電感來驗證。散磁引起的損耗為減少散磁通和磁場干擾，線圈應(yīng)當(dāng)放置在氣隙芯柱上。但是氣隙邊緣磁通穿過線圈，靠近氣隙的線圈的一些匝數(shù)處于高磁通密度的邊緣磁場中。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。對于工作在大磁通擺幅的磁元件，一般采取以下辦法：（1 1）不要把線圈）不要把線圈放在氣隙附近，用一個非磁的墊片放置在邊緣磁通很強的空間代替線圈占有放在氣隙附近，用一個非磁的墊片放置在邊緣磁通很強的空間代替線圈占有的空間。（的空間。（2 2

26、）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）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。（均勻分布在中心柱上。（3 3）用一個鐵粉芯棒代替氣隙，插入到鐵氧體的中心）用一個鐵粉芯棒代替氣隙，插入到鐵氧體的中心柱。柱。如果測量的電感值太大，不要減少匝數(shù)，這樣可能會使損耗過大或磁芯飽和?？稍黾託庀秮頊p少電感。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。最好通過減少氣隙長度來增加電感。擴大電感磁通擺幅在電流連續(xù)模式電感中，存在很大的直流分量，總磁通密度B+B受飽和限制，磁芯磁通密度變化分量不能選取太大。在體積要求嚴(yán)格的電感中，可以用永久磁

27、鐵將直流分量抵銷或減少，這樣可選取較大的B。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。因為有較大的交流分量，永久磁鐵工作在去磁曲線的恢復(fù)曲線上，要求去磁局部磁導(dǎo)率和恢復(fù)磁導(dǎo)率相等，即去磁曲線是Br和Hc之間一條直線。同時永磁材料應(yīng)當(dāng)具有很高的矯頑磁力Hc和高剩磁感應(yīng)Br。一般只有稀土永稀土永磁材料磁材料才具有這一性質(zhì)。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 HBHHBBBdrCrr0式中d去磁曲線相對磁導(dǎo)率。將長度為lm的永久磁鐵嵌入相對磁導(dǎo)率為r的軟磁磁芯中，磁芯的有效磁路長度為le，嵌入的永磁截面積與軟磁磁芯有效截面積相同，且為Ae。由

28、于截面積相同，磁感應(yīng)強度也相等。則根據(jù)安培環(huán)路定律有eeredmecmmcBlBlBllHHllH000式中11rdcmell磁系統(tǒng)有效磁導(dǎo)率，相當(dāng)與氣隙磁芯有效磁導(dǎo)率。一般有效磁導(dǎo)率右邊括弧中第二遠遠小于第一項，edlc/lm。帶有永久磁鐵時的線圈的直流偏磁與永磁的激磁方向相反，即在線圈沒有通電流時，軟磁磁芯工作在第三象限。當(dāng)線圈通電流后，磁化到第一象限。因此軟磁材料的飽和磁感應(yīng)應(yīng)當(dāng)大于永久磁鐵的剩磁感應(yīng)。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。磁芯材料和形狀在頻率超過50kHz，工作在斷續(xù)模式的電感磁芯材料，最好選擇鐵氧體材料，與

29、正激變換器磁芯相似。但是，在連續(xù)模式，紋波電流很小，對應(yīng)磁通密度擺幅也小，鐵氧體通常受飽和限制。在這種情況下，可采用高飽和磁感應(yīng)但磁芯損耗較大的材料，象鐵粉芯，Kool ，皮莫合金粉芯，或帶氣隙的合金帶磁芯可減少體積，成本。但是，金屬磁粉芯B-H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。這在一般開關(guān)電源是不希望的。對工作在電流連續(xù)模式的電感來說，因為交流損耗通常很低，濾波電感磁芯形狀和窗口不是很重要的。但對于斷續(xù)模式的電感，特別是反激變壓器但對于斷續(xù)模式的電感，特別是反激變壓器，窗口面積特別重要。窗口面積特別重要。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

30、交流電阻。同時，寬窗口也減少漏感，電網(wǎng)絕緣要求的爬電距離影響較小。寬窗口線圈需要的高度低，窗口利用率通常比較好。已經(jīng)在第四節(jié)討論過，在相同的磁芯尺寸時，罐型和PQ型窗口面積小。窗口形狀不適宜反激變壓器和電流斷續(xù)模式電感。EC，ETD，LP磁芯是全部EE磁芯形狀，有大的而寬的窗口。這些磁芯形狀采用寬銅帶的線圈，特別是工作于連續(xù)模式，交流線圈損耗小。 磁粉芯環(huán)形磁芯，線圈均勻分布整個磁芯上，雜散磁通和EMI擴散都很小，可用于任何電感和反激變壓器。但大功率繞線困難。不要選擇環(huán)形鐵氧體氣隙磁芯，繞線困難，散磁也大。決定磁芯尺寸在第七章式(7-6)討論用面積乘積公式粗選變壓器磁芯尺寸。電感磁芯尺寸粗選也

31、可利用面積乘積公式。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：43411maxcmKIBLIAAAPLSpcW(8-12a)磁芯損耗嚴(yán)重時，損耗限制的磁通擺幅B，面積乘積為：4341max2cmLWCIL IAPA ABK(8-12b)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）； I初級電流變化量（A）； Bmax最大磁通密度擺幅（T）； I1L滿載初級電流有效值；41max2110,WkJKK其中： Jmax最大電流密度（A）；k1w初級銅面積/窗口面積；104由米變換為厘米的系數(shù)。 對于單線圈電感，以上的初級就是整個

32、線圈。k1w表示線圈窗口的利用率。單線圈電感，k1w是總的銅面積與窗口面積AW之比，即充填系數(shù)kw。對于反激變壓器，k1w是初級初級銅的面積與總的窗口面積之比。K1，K2及k1w如表8-1所示。應(yīng)應(yīng) 用用k1w K1 K2單線圈電感 0.70.030.021多線圈濾波電感 0.650.027 0.019Buck/Boost電感0.30.0130.009反激變壓器 0.20.00850.006在飽和限制公式(8-12a)中，假定線圈損耗比磁芯損耗大得多，K1是根據(jù)自然冷卻的情況下，電流密度取420A/cm2時的經(jīng)驗值。 在公式(8-12b)中，損耗決定最大磁通擺幅。假定磁芯損耗和線圈損耗近似相等

33、，所以，線圈損耗是總損耗一半，將電流密度減少到 297A/cm2(4200.707)，則K2=0.707K1。對于磁芯損耗限制的情況，式（8-12b）中Bmax是假定磁芯損耗為100mW/cm3的近似值自然冷卻典型最大值。根據(jù)所使用的磁芯材料，從材料的磁芯比損耗曲線縱坐標(biāo)的100mW/cm3(如圖4-20)處，水平直線交到相應(yīng)的開關(guān)工作（紋波）頻率損耗曲線，再由交點向下求得“磁通密度”刻度。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Bmax。如果單位是高斯，Bmax除以104，單位變換為T。也可以利用表4-15中擬合參數(shù)計算。如果電感工作在電流連

34、續(xù)模式，例如圖8-1（a）Buck輸出濾波電感，穩(wěn)態(tài)電流波形如圖(8-2b)所示。氣隙磁阻遠大于導(dǎo)磁體總磁阻，磁芯的非線性被氣隙的線性“湮沒”了（圖4-12）。因此在飽和磁感應(yīng)以下，有效磁導(dǎo)率基本上是常數(shù)。電路中電感采用氣隙磁芯，電感量為L，匝數(shù)N，磁芯有效截面積Ae，磁路長度為l，氣隙長度。當(dāng)晶體管導(dǎo)通時，根據(jù)電磁感應(yīng)定律有UULITNA BTioonon電感峰值電流為Ip，根據(jù)回路安培定律有NIH lHpc (8-15) (8-14)當(dāng)氣隙很小時，忽略邊緣磁導(dǎo)，氣隙端面磁通與磁芯磁通相等，并考慮到L=N20Ae/，得到00NBINBIpp (8-16)令k=I/2Ip。根據(jù)式(8-16)得

35、到BBIIkpp 2(8-17)當(dāng)電感平均電流減少時，紋波電流幅值不變，當(dāng)IIG=I/2，如果電感電流繼續(xù)減少，電感電流斷續(xù)，輸出電壓與輸入電壓不再保持Uo=DUi的線性關(guān)系。k越小,電流紋波小，IG越小，線性范圍越大；但電感越大。反之，電流紋波大，電感越小。如前所述，通常選取k=0.050.1。BkBBpS/ 2 (8-18) 從式(8-17)可見，當(dāng)k=0.050.1時，磁通密度的脈動分量很小，在開關(guān)頻率低于250kHz以下，通常磁芯損耗一般不超過100mW/cm3。磁通密度取值受飽和限制。因此磁芯的峰值磁通密度為工作在電流連續(xù)模式的Boost和Buck/Boost電感以及反激變壓器，總的

36、紋波安匝只是滿載安匝的很小的百分比，同樣是飽和限制了最大磁通密度。在這種情況下，使用損耗較大，但飽和磁通密度高，象磁粉芯材料Kool，或合金帶料磁芯，就可以減少尺寸、重量和成本。如果不能肯定是磁芯損耗限制還是飽和限制，用兩個公式計算，并采用最大面積乘積的那一個。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)。設(shè)計完成的電感，在電路和應(yīng)用環(huán)境中，應(yīng)當(dāng)用熱電偶插入到工作的樣件中心點，測量熱點溫升，檢驗是否在合理的范圍以內(nèi)。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用場合應(yīng)用場合 1、輸出濾波電感(Buck) 2、Boost 和Boost/Buck 電感 3、反激變壓器 4、耦合濾波電感第二節(jié)第二節(jié) 損耗和溫升損耗和溫

37、升第三節(jié)第三節(jié) 磁芯磁芯 1、磁芯氣隙 2、散磁引起的損耗 3、擴大電感磁通擺幅 4、磁芯材料和形狀 5、決定磁芯尺寸第四節(jié)第四節(jié) 電感計算電感計算 1、氣隙磁芯電感 2、磁粉芯和恒導(dǎo)磁芯電感 3、利用電感系數(shù)AL計算電感第五節(jié)第五節(jié) 電感設(shè)計電感設(shè)計 1、設(shè)計步驟 2、舉例Buck輸出濾波電感 3、反激變壓器電感設(shè)計總結(jié)氣隙磁芯電感帶有氣隙的磁芯的磁路通常都是很高磁導(dǎo)率（r3000100000）的磁性材料和小的非磁間隙（r1）串聯(lián)組成。磁材料的磁阻比氣隙磁阻小得多，通常在計算時忽略不計。根據(jù)式(3-50)得到：)(102202HANGNL上式中長度單位為為cm。A-校正氣隙截面積(cm2)。

38、通常通過調(diào)整氣隙尺寸，調(diào)整電感量。磁粉芯和恒導(dǎo)磁芯電感(8-19a) 如果磁芯是磁粉芯或恒導(dǎo)合金，磁導(dǎo)率r一般在10300?？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。根據(jù)式(3-51)得到222010reeN ALN GHl (8-19b)上式中尺寸為cm。式中是磁粉芯磁導(dǎo)率r隨著直流偏置加大而下降的百分比，根據(jù)直流偏置磁場、初始磁導(dǎo)率從相關(guān)曲線上查得。利用電感系數(shù)AL計算電感對于指定材料（r）和規(guī)格（有效截面Ae和磁路長度）的磁芯，在預(yù)留氣隙和無氣隙的鐵氧體磁芯或磁粉芯手冊中常常以mH/1000匝或nH/匝給出電感系數(shù)AL。僅提供了磁芯給定匝數(shù)計算電感的一般方法。

39、如果AL是H/1000匝,N匝的電感量為 L=N2AL 10-6 (H) (8-20)根據(jù)式(8-20)方便地計算某材料和規(guī)格的磁芯給定匝數(shù)的電感量。例如計算變壓器的初級電感量，可作為計算激磁電流參考。但該式不好決定電感器最佳氣隙長度和最佳有效磁導(dǎo)率。在電感設(shè)計過程中，仍需要根據(jù)電路電流和電流變化量，應(yīng)用以前的公式求得需要的電感、最佳氣隙長度或有效磁導(dǎo)率e，以獲得用先前公式計算的電感。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)用場合應(yīng)用場合 1、輸出濾波電感(Buck) 2、Boost 和Boost/Buck 電感 3、反激變壓器 4、耦合濾波電感第二節(jié)第二節(jié) 損耗和溫升損耗和溫升第三節(jié)第三節(jié) 磁芯磁芯 1、磁芯氣隙

40、2、散磁引起的損耗 3、擴大電感磁通擺幅 4、磁芯材料和形狀 5、決定磁芯尺寸第四節(jié)第四節(jié) 電感計算電感計算 1、氣隙磁芯電感 2、磁粉芯和恒導(dǎo)磁芯電感 3、利用電感系數(shù)AL計算電感第五節(jié)第五節(jié) 電感設(shè)計電感設(shè)計 1、設(shè)計步驟 2、舉例Buck輸出濾波電感 3、反激變壓器電感設(shè)計總結(jié)設(shè)計步驟(1) 根據(jù)電路拓?fù)錄Q定電路設(shè)計參數(shù)：電感量L，滿載直流電感電流IL，最大紋波電流I，最大峰值短路限制電流ISp,最大允許損耗和最大溫升。對Buck類最大紋波出現(xiàn)在最高Ui情況下，而Boost類是在最低Ui時。Buck類滿載電感電流等于負(fù)載電流。(2) 根據(jù)工作頻率和使用場合選擇磁芯材料。參閱第六章。(3)

41、 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時為0.3T（3000Gs）)。因為磁芯有氣隙，氣隙對磁芯BH曲線有明顯的影響（圖4-12），在飽和之前基本上是線性的。根據(jù)式(8-18)得到：maxmax2kBB(8-21)將得到的Bmax值除以2，將峰峰制值變換成峰值，到損耗曲線（圖4-20)“磁通密度”（實際峰值磁通密度）坐標(biāo)，垂直向上交到紋波頻率曲線，水平引向到縱坐標(biāo)，求得磁芯的比損耗。如果比損耗大大小于100mW/cm3，磁芯肯定受飽和限制，則計算的

42、Bmax無效。但如果磁芯損耗遠大于100mW/cm3時,磁芯受損耗限制，必須減少Bmax值，以使得損耗在允許范圍之內(nèi)（步驟5）。如果磁感應(yīng)受損耗限制，在ISp時的磁通密度小于Bmax。上述磁通密度與電流的直流和脈動分量一一對應(yīng)的方法只是在磁特性為線性時才能成立。通常鐵氧體和合金帶料有氣隙的磁芯符合這種情況。而磁粉芯磁芯在相當(dāng)大的范圍內(nèi)r是非線性的。如果工作頻率很高，例如100kHz以上，磁粉芯損耗大，工作磁通密度遠低于飽和磁通密度，但這里線性較好。盡管如此，決定損耗和最大允許磁通密度擺幅還是以磁芯生產(chǎn)廠提供的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。(4) 粗選磁芯的形狀和尺寸：沒有經(jīng)驗的設(shè)計者應(yīng)當(dāng)應(yīng)用面積乘積公式（式8-1

43、2a,8-12b），或產(chǎn)品手冊。(5) 決定損耗限制：首先，由手冊資料決定熱阻（如表10.3.7）?；虬词?6-16)或(6-18)計算RT。由最大溫升和熱阻計算出允許的損耗功率。將溫升允許的損耗與絕對限制的損耗比較，采用其中最小值。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。然后應(yīng)用磁芯限制的損耗到損耗曲線上找到將要產(chǎn)生損耗的Bmax值。 (6) 由所需電感量計算線圈匝數(shù)N：在步驟(3)或(5)決定的最大磁通密度擺幅。由電磁感應(yīng)定律得到tBNAtNEeELit聯(lián)解以上兩式（LH,Aecm2）：2maxmax10eABILN (8-22)N必須取整數(shù)值。

44、如果N取較小的整數(shù)，磁芯可能飽和?；蛘?，如果磁芯為損耗所限制，磁芯損耗將大于預(yù)計值。然而，線圈損耗將減少。如果N取較大的整數(shù)值，磁芯損耗將減少，而線圈損耗將增加。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。如果減少的線圈損耗超過磁芯增加的損耗，取較小整數(shù)較好。如果電感有多個線圈，通常最低輸出電壓一路的線圈匝數(shù)也最少。如果取整，這樣離最佳太遠，有時只能選擇較大的磁芯。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。 有了L、I和磁芯參數(shù)，由式(8-22)計算匝數(shù)N。在N值取整后，再由式（8-22）重新計算B，然后由B求磁芯損耗。(7) 根

45、據(jù)所需的電感量計算氣隙長度：經(jīng)上一步得到取整的匝數(shù)N，利用式(8-19)(8-20)計算電感量。對于氣隙磁芯，有效磁路長度是氣隙，中柱有效截面積Ae，一般必須考慮邊緣磁場修正系數(shù)（式(3-23)和（3-23b），以獲得有效氣隙截面積Ag.矩形42010LANg圓4220101cpeDLAN(8-23b) (8-23a)(LH,尺寸cm)上式中右邊面積修正系數(shù)與大小有關(guān)。一般先假定k= Ag/ Ae.值，代入式(8-23)計算出新的值。應(yīng)用新的值的氣隙修正，重新計算，迭代23次。對于分布氣隙磁粉芯磁芯，計算所需的有效磁導(dǎo)率，以獲得希望的電感值（或計算電感系數(shù)AL）:42010eeeANLl (8

46、-24) (LH,尺寸cm)(8)計算導(dǎo)體尺寸和線圈電阻（詳細參考下面的例子）銅的電阻率6105 .234201724. 1Tcu(cm)100時61030. 2cu(cm)直流電阻(尺寸cm)cucudcAlR() (8-25)式中 lNlav線圈導(dǎo)線長度（cm）； lav平均匝長； Acu導(dǎo)線截面積（cm2）。(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。 用一個設(shè)計例子，充分說明設(shè)計步驟。Buck輸出濾波電感例1 電流連續(xù)輸出濾波電感設(shè)計(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(7.5:1)

47、： 電壓范圍：13.3525.33V 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：0.405(在最小Uimin) 最小占空度：0.213(在最大Uimax ) 最大紋波電流I：50A20%=10A 最大峰值電流Ipmax：65A 電感量L：2.2H（L=UoTof/I=5.451060.787/10=2.2H） 最大（絕對）損耗：2.5W（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：45 冷卻方式：自然對流(2) 應(yīng)用制造廠手冊，選擇磁芯材料。磁芯材料：鐵氧體3C90(電流連續(xù)模式電感磁芯可選擇比變壓器磁芯差一些材料

48、，因為磁芯損耗較小。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Bmax0.3T（3000高斯）。當(dāng)短路時峰值電流就限制最大磁通密度Bmax。最大峰峰值磁通擺幅對應(yīng)于最大電流紋波：T046. 065103 . 0maxmaxmaxmaxpIIBB峰峰值磁通擺幅除以2，峰值磁通密度為0.023T（230高斯）。由圖7.8材料的損耗曲線，由230高斯，紋波頻率為200kHz，磁芯損耗近似4mW/cm3。這遠遠小于經(jīng)驗100mW/cm3。磁芯損耗幾乎可以忽略，磁芯工作在Ipmax時磁通密

49、度接近飽和值。所以最大磁通密度擺幅就是前面計算的Bmax=0.046T.(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。采用飽和限制面積乘積公式，Bmax0.3T，單線圈電感K1=0.03，由式（8-12a）得到43/463/4maxcm74. 003. 03 . 05065102 . 2KIBLIAPFLsp采用ETD34磁芯，AeAw=1.21cm4(帶有骨架)。 磁芯尺寸: 34mmETD34。從手冊中查得如下磁芯參數(shù)（參考圖7-9）：磁芯有效截面積 Ae：0.97cm2體積 Ve：7.64cm3平均磁路長度 le：7.9cm中柱直徑 Dcp：1.08

50、cm帶有骨架窗口數(shù)據(jù)：窗口面積 AW：1.23cm2窗口寬度 bW：1.50cm高度 hW：0.60cm平均匝長 lav：6.10cm (5) 決定熱阻RT和允許損耗：將損耗分成磁芯損耗和線圈損耗。由手冊得到熱阻為21/W。根據(jù)最大允許溫升T決定允許的損耗： Plim=T/RT:=450/21=2.14W與絕對損耗2.5W相比，采用溫升允許損耗為2.1W。磁芯比損耗為4mW/cm3(步驟3)： PC=mW/cm3Ve=47.64=30mW所以，線圈損耗可能大于2W。但因為磁芯大于試算的面積乘積，應(yīng)當(dāng)可以減少線圈損耗。 (6) 計算保證電感量的所需匝數(shù)：由式（8-22）得到2maxmax10eL

51、 INBA(LH,尺寸cm)22.2 10104.9350.046 0.97N匝 (7) 計算達到所需電感量的氣隙長度：由式（8-23b）得到2240110ecpANLD(LH,尺寸cm)27240.9741051100.192cm2.21.08 (8) 計算導(dǎo)體尺寸，線圈電阻，損耗和溫升。 第4步中窗口寬度bW=2.1cm,和高度hW=0.6cm。第6步得到線圈5匝（5層），用2.0cm寬銅帶繞制，層間有厚0.05mm的低壓絕緣層。 選擇電流密度450A/cm2, 50A滿載電流需要導(dǎo)體截面積0.111cm2。它除以線圈的寬度，得到導(dǎo)體的厚度為0.0555cm。一共5層包含層間0.005cm

52、絕緣，結(jié)果線圈高度為0.3cm。只有骨架高度的一半。為了減少損耗，銅的厚度增加到0.1cm，線圈的總高度增加到0.525cm。導(dǎo)體的截面積增加到0.2cm2。平均匝長為6.1cm，總的線圈長度為30.5cm。線圈電阻為630.52.3 100.350.2dclRAm直流損耗：Pdc=5020.000350.89W 參考6.4.1節(jié)計算線圈的交流損耗。在頻率為200kHz時穿透深度為0.017cm?，F(xiàn)在導(dǎo)體的厚度為0.1cm, Q=0.1/0.017=5.9。查閱Dowell曲線（圖6.9），由Q=6，5層的Rac/Rdc近似為100。所以Rac=0.035。由式(6.24b)得到三角波交流電流

53、分量有效值等于 因為I=10A, 所以 則交流損耗為 線圈總交流和直流損耗： PW=0.89+0.29=1.18W12I102.9A12I 222.90.0350.29WacPI R (9) 因為磁芯損耗僅30mW，總損耗1.21W遠遠低于初始計算的允許功耗2.1W。在滿載時，按損耗計算線圈的電流密度僅250A/cm2。這是因為磁芯ETD34的面積乘積比計算要求大了65，可以用較小的磁芯。但是，采用ETD磁芯可改善電源效率。 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。反激變壓器的電流連續(xù)是安匝(磁勢)連續(xù)。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)。圖8

54、-10和圖8-11示出了工作在電流連續(xù)和斷續(xù)模式的電感電流波形。 反激變壓器的設(shè)計和損耗計算需要決定占空度D。再由占空度按照以下關(guān)系計算變壓器變比： (8-26) 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。電流連續(xù)工作模式及臨界連續(xù)模式上式都適用。 理論上，不管Ui和Uo如何，可以取任意變比。但是變壓器變比選取得好，可避免高的峰值電流和電壓。一般D近似為0.5時的變比n（臨界工作模式）為最佳。由于電路原因或器件定額可能要求占空度不是0.5，可通過匝比調(diào)整初級與次級峰值電壓和峰值電流。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

55、。nnn;1iooioUnUDnDUDUnU2. 線圈電流參數(shù)的計算 圖8-10為反激變換器的安匝連續(xù)時主要波形圖。在第六章6.5.2節(jié)分析了典型波形的直流(平均值)、交流和總的有效值電流。還要計算與磁芯飽和、磁芯損耗、線圈損耗各種最壞情況的電流值。 圖8-10的梯形電流波形的直流分量（平均值）為 min()2pdcaIIIDDI(8-27)式中 Imin=Ip-I ; D=Ton/T占空度。式（8-27）也適用于電流斷續(xù)模式，此時Imin=0。根據(jù)式(6-22)得到梯形波的有效值為2212aID II (8-28) 上式根號中第二項在一般情況下可以忽略，如式（6-22a）所示，并不會帶來較大

56、的誤差。所以2aaIDIID(8-28a)對于三角波，方程（8-28）變成：20.5773ppDIIID (8-28b)對于所有波形交流有效值,如式(6-22b)所示22acdcIII(8-29)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，磁芯損耗通常不重要。但是每個線圈電流受開關(guān)控制導(dǎo)通和截止，將能量由初級向次級傳輸，如圖8-10所示。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。 次級電流的直流分量等于輸出電流，與Ui無關(guān)。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。因此，在低Ui時，是磁芯飽和和線圈損耗的最壞情況。 此外，

57、在高Ui時，總電感電流交流紋波電流和磁芯損耗最大。但因為通常磁芯損耗對于連續(xù)工作模式可忽略，所以影響很小。4. 連續(xù)模式電感設(shè)計舉例(1) 決定設(shè)計反激變壓器有關(guān)的電源參數(shù)。 輸入電壓Ui：284V 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0.5 最大紋波電流I：5A(次級),32V輸入 峰值短路電流Isp：25A(次級) 次級電感L：6.8H(D=0.5, I=5A) 最大損耗（絕對）：2.0W 最大溫升：40 冷卻方式：自然對流(2) 初步計算：根據(jù)式(8.26)，在額定Ui =28V和設(shè)定的占空度為0.5時匝比

58、為：n280.55150.6 10.5ioUDnUD 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。低輸入電壓時的占空度為：n24n245(50.6)0.538245(50.6)10.462oionUDUnUD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。(3) 用產(chǎn)品手冊選擇磁芯材料：磁芯材料為鐵氧體，Philips 3C90。100時，飽和磁感應(yīng)為0.32T。 (4) 決定磁芯工作的最大磁通密度和最大磁通密度擺幅。 電感安匝連續(xù)模式，飽和限制了最大磁通密度Bmax0.3T(3000高斯)。因此，在峰值短路時,B將達到Bmax。假定加了氣隙的磁芯的BH特性

59、線性度好，Bmax與電流紋波（在32V）將是：maxmax50.30.06T25SpIBBI 將峰峰值磁通密度擺幅除以2是0.03T（300高斯）。在3C90材料磁芯損耗曲線上查300高斯，紋波頻率100kHz時比損耗近似為2.6mW/cm3。比經(jīng)驗值100mW/cm3小得多，磁芯損耗可忽略不計。因此，在ISp25A時達到Bmax，而I=5A時Bmax僅為0.06T。(5) 應(yīng)用廠商提供的手冊或應(yīng)用面積乘積公式（式(8-12)）預(yù)選磁芯形狀和尺寸。 選取Bmax=0.3T,反激變壓器K1=0.0854/34/361max16.8 1025 100.580.3 0.0085spLLIIAPBKc

60、m4磁芯類型：EE-磁芯系列ETD34.磁芯參數(shù)為: 有效截面積 Ae：0.97cm2 體積 Ve：7.64cm3 磁路長度 le：7.9cm 中柱直徑 Dc：1.08cm窗口尺寸（有骨架）： 窗口寬度 Aw：1.23cm2 高度 bw：1.50cm 寬度 hw：0.60cm 平均匝長 lav：6.10cm(6) 決定熱阻RT和允許損耗。把損耗分成線圈損耗和磁芯損耗。由磁芯手冊獲得熱阻RT19/W。根據(jù)最大溫升T的允許損耗為： Plim=T()/RT=40/19=2.1W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。磁芯損耗： PC=pVe=2.67.64=20mW因此，磁芯損耗可忽