电感变压器设计的共性问题汇编

1、磁元件设计的共性问题开关电源技术1电感和变压器设计的共性问题磁元件设计的共性问题开关电源技术2NPNS电感器(Inductor)变压器(Transformer)电感和变压器设计L磁元件设计的共性问题开关电源技术3电感和变压器设计Low profile transformer on PCB磁元件设计的共性问题开关电源技术4DC/DC Converter with Integrated PCB Magnetics电感和变压器设计磁元件设计的共性问题开关电源技术5电感和变压器设计是否算出电感的L和变压器的NP / NS就可以了？我们知道电感要求的是: 电感量 L变压器要求的是: 原副边匝数比NP /

2、 NSLNPNS回答三个问题：1. 对于一个50Hz的工频变压器：220V / 110V, NP / NS 等于2是一定的. 那么NP取多少合适? 2匝? 100匝? 4000匝? 或是其它匝数? 为什么?2. 有两个50Hz的220V / 110V 变压器, 一个容量50W, 一个是100kW.在工业应用中, 它们两个的大小相同吗? 为什么?3. 同样50W的两个变压器, 一个是50Hz工作, 一个是50kHz工作. 两个的大小一样吗? 在工业应用中, 可以采用相同材料的铁芯吗?磁元件设计的共性问题开关电源技术6电感和变压器设计为什么要设计电感和变压器?2. 铁芯饱和问题(基本磁化曲线(BS

3、和)3. 铁芯材料问题(铁耗(体电阻和磁滞回线)涡流损耗(eddy loss)和磁滞损耗(hysteresis loss)4. 居里温度(curie temperature)1. 铜耗问题(直流电阻和交流电阻)磁元件设计的共性问题开关电源技术7电感和变压器设计一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻）注: 无论变压器还是电感, 导体材料一般采用电工铜, 偶尔也采用铝等材料.1. 直流电阻(金属, 不接近熔点和0K时)20(1 (0T其中017241. 0020oC时的工业纯铜31093. 3T温度，oC电阻率 (mm2/m温度系数(1/oC)0282. 0031090. 320oC时的工业纯铝(

4、mm2/m磁元件设计的共性问题开关电源技术8电感和变压器设计一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻)2. 交流电阻(由于集肤效应, 交流电阻随频率增长)电阻比与频率归一化曲线(集肤效应也称趋肤效应(skin effect)DCACACRkR磁元件设计的共性问题开关电源技术9电感和变压器设计一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻)3. 交流电阻的成因(集肤效应的FEA)电流密集区零电流区电流密集区零电流区边界区磁元件设计的共性问题开关电源技术10电感和变压器设计4. 交流电阻分析(集肤效应)电流频率越高, 趋肤效应越强, 导体有效导电面积就越小, 交流电阻就越大! 要减小交流电阻, 必须增加有效

5、导电面积. 为此引入穿透深度(penetration depth)的概念电流密度 j0j01jepdi一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻)磁元件设计的共性问题开关电源技术11电感和变压器设计5. 交流电阻分析(集肤效应的穿透深度pd)Where Hzff,2磁导率. 空气磁导率为mH /10470电导率, 等于)/1 (2pdfTpd)20(1093. 310855.663铜fTpd)20(1090. 315172.843铝单位: mm一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻)/108 . 57mCu/10546. 37mAl磁元件设计的共性问题开关电源技术12电感和变压器设计6. 交流电阻

6、分析(铜导体的厚度d与电流频率 的关系)为了减小交流电阻, 综合考虑集肤效应的电流密度递减性,以及温度带来的影响, 我们一般取铜导体的厚度或(直径)为d (mm，毫米)(132mmfd Where H zfff(Hz) 50 60 100 120 300 360 500 1000 2000 3000 5000 7000d(mm) 18.67 17.04 13.20 10.95 7.62 6.96 5.90 4.17 2.95 2.41 1.87 1.58f(kHz) 10 15 20 25 30 40 50 100 150 200 300 500 750 1000d(mm) 1.32 1.07

7、7 .933 .835 .762 .66 .59 .417 .341 .295 .241 .1867 .1524 .132一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻)1ACk使得磁元件设计的共性问题开关电源技术13电感和变压器设计8. 电导体的设计导体截面的选择导体截面的选择， 两个因素：A. 导体的厚度或(直径)为d (mm，毫米)B. 导体允许的电流密度 j (A/ mm2, 安培 / 平方毫米)一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻)7. 电导体的设计另一重要因素Proximity effect磁元件设计的共性问题开关电源技术14电感和变压器设计二. 铁芯材料的选择(铁耗(涡流损耗和磁滞损耗

8、)铁芯的选择要考虑三个因素: (1) 工作频率, (2) 磁化方式(单边磁化还是双边磁化), (3) 价格磁元件设计的共性问题开关电源技术15电感和变压器设计二. 铁芯材料的选择(铁耗(体电阻和磁滞回线)1. 根据工作频率高低来确定材料金属铁芯 硅钢片(Si-Fe) 坡莫合金(Ni-Fe) 钴铁合金(Co-Fe)、 非晶或超微晶合金(Fe Co)铁粉磁芯 碳基铁粉芯(C-Fe) 铝硅铁粉芯(Al-Si-Fe) 钼坡莫合金铁粉芯(Mo-Ni-Fe)铁氧体磁芯 锰锌铁氧体(Mn-Zn-Fe) 镍芯铁氧体(Ni-Zn-Fe) 镁芯铁氧体(Mg-Zn-Fe)1800 2.0 2 20,000 0.75

9、 10800 2.45 10100,000 1.5 100 320 0.9 300,0001080 0.9 1,00014145 0.8 3001,00018,000 0.5 1,00015500 0.3 200,0003001,500 0.3 25,000 相对导磁率 磁通密度(T) 频率(kHz) 分类材 料 名 称磁元件设计的共性问题开关电源技术16电感和变压器设计二. 铁芯材料选择(铁耗(体电阻和磁滞回线)2. 开关电源的磁性材料变压器和谐振电感: 锰锌铁氧体、非晶磁芯电感扼流圈：铁粉芯、锰锌铁氧体、镍芯铁氧体、非晶磁芯共模抑制器或尖峰抑制器：高导磁率的锰锌铁氧体、非晶磁芯等磁元件设计的共性问题开关电源技术17电感和变压器设计三. 变压器的损耗(铜耗、磁滞损耗和涡流损耗)Core losses increase roughly as the 1.6th power of the frequency an the 2.7th power of the peak flux density.Thus at higher frequencies (above 50kHz)