具體電感的設(shè)計

具體電感的設(shè)計電力電子技術(shù)的基本概況

具體電感的設(shè)計器件的磁設(shè)計1.1電感的參數(shù)

設(shè)計使用EE型磁芯電感,磁芯的特征尺寸a=1mm,更多其它的磁芯尺寸見表10.1。

設(shè)某電感用于最高工作頻率為100KHz的電路中，額定工作電流為4A,Irms=4A,可采用絞線，銅芯的橫截面積ACu=0.64mm2,根數(shù)為N=66。daa/2h/2baa/2器件的磁設(shè)計假設(shè)繞線骨架（Bobbin）已選好，并且繞線槽剛好繞滿。電感的氣隙∑g為3mm,電感是黑色的，表面光滑度E=0.9,環(huán)境溫度為Ta=40℃，或更低。

hwbwgBonnin氣隙2g>AwH(t)I(t)器件的磁設(shè)計1.2電感的特性

1.2.1銅線填充系數(shù)kCu

將N=66,ACu=0.64mm2,及Aw=140mm2代入到下式得：器件的磁設(shè)計1.2.2電流密度J和銅損Pw

因為I=4A

又Vw=12.3cm3,由式可得銅損為：所以器件的磁設(shè)計1.2.3磁通密度和鐵損

電流最大值為磁通密度為:Bmg=4p×10-7Hmg=157mT則ImN=5.66×66=374A

假設(shè)Hcore=0，則可以得到氣隙中的Hg為:器件的磁設(shè)計g邊緣磁力線氣隙處的磁力線分布gg/2g/2氣隙處的磁力線向周圍成發(fā)散狀，該處的磁通密度比磁芯中的要小,但磁力線的條數(shù)是相同。器件的磁設(shè)計AgAcoreadg/2g/2經(jīng)過有關(guān)推導(dǎo)可得磁通密度為：氣隙中的磁力線分布情況類似于圖中的矩形，它的高度就是氣隙的長度g，矩形的面積為：器件的磁設(shè)計查表10.1中相應(yīng)的數(shù)據(jù)代入到式由于Bm.g=157mT，因此可得：Bm.core=1.69×157/1.5=177mT因沒有直流流過電感，所以，這就是Bac的值。最大磁通量為：器件的磁設(shè)計mTmWmm-3mWcm-33F3103102110磁功率損耗Pm1000C101001000102Gs40010025F(KHz)250C磁通密度最大值,Bas圖中，3F3功率損耗曲線表明，當(dāng)溫度為100℃、頻率為100KHz時的功率損耗為245mW/cm3,所以該磁芯的功率損耗為3.3W(磁芯體積為13.5cm3,見表10.1)。器件的磁設(shè)計1.3電感值L

假設(shè)電感和磁通成線性關(guān)系，則可得：以上討論忽略了漏感磁通。但有時漏感磁通很大，實際中須考慮。上式中所得結(jié)果0.31mH比實際所測的電感值大，因為氣隙Sg為3mm。器件的磁設(shè)計1.4電感的溫度其中電感的總表面積為0.006m2(見表10.1)，Ts=Tbody=100℃,Ta=40℃電感和變壓器的散熱主要靠熱量的輻射和對流。該電感的輻射熱阻可通過求出，器件的磁設(shè)計對流熱阻可通過求出,其中，dvert=3.5a=3.5cm，△T=60℃，A=0.006m2

由對流熱阻和輻射熱阻可求出總熱阻Rqsa=9.8℃/W又Ts=Tbody=100℃，Ta=40℃

應(yīng)用公式Tj=Pcond(Rqjc+Rqcs+Rqsa)+Ta

可得:Tm.body=(9.8)×(3.17+3.3)+40+104℃器件的磁設(shè)計熱點溫度大致處于電感中心某處，它的溫度可能超過表面溫度104℃，超過的范圍一般在5-10℃內(nèi)。由于鐵氧體的熱傳導(dǎo)率較大，一般超過約2℃左右。磁芯的平均溫度可用106℃來計算，磁芯的功率損耗也要用106℃來計算。制造該電感的最初模型，應(yīng)用的條件是4A，100kHz，Ta=40℃熱點溫度電感鐵芯最高溫度器件的磁設(shè)計1.5電感過載時的熱點溫度設(shè)計電感的基本原則不容易燒毀電感或者造成電路故障。當(dāng)電流過大時，電感的最高熱點溫度就會升高，要能夠估算該點溫度。器件的磁設(shè)計mTmWmm-3mWcm-33F3103102110磁功率損耗Pm1000C101001000102Gs40010025F(KHz)250C磁通密度最大值,Bas設(shè)過流25%，I=5A，Bcore=0.221T增加的電流不會改變電感值，但繞組損耗(銅損)將會增加(5/4)2-1=56.25%(假設(shè)電阻不變)Bac增加25%器件的磁設(shè)計mTmWmm-3mWcm-33F3103102110磁功率損耗Pm1000C101001000102Gs40010025F(KHz)250C磁通密度最大值,Bas當(dāng)Bac=0.221T時，的功率損耗(鐵損)為440mW/cm3，即增加至1.8倍；如果通過公式計算Psp，則增加1.77倍。器件的磁設(shè)計當(dāng)電流為5A，頻率為100kHz時,功率損耗總和為:P=Pw+Pcore=3.17×1.56+3.31×1.8=10.9W如果Rqsa=9.8℃/W，Ta=40℃，Ts=Tbody=100℃，則最高熱點溫度將從電流為4A時的106℃