具体电感的设计

具体电感的设计电力电子技术的基本概况

具体电感的设计器件的磁设计1.1电感的参数

设计使用EE型磁芯电感,磁芯的特征尺寸a=1mm,更多其它的磁芯尺寸见表10.1。

设某电感用于最高工作频率为100KHz的电路中，额定工作电流为4A,Irms=4A,可采用绞线，铜芯的横截面积ACu=0.64mm2,根数为N=66。daa/2h/2baa/2器件的磁设计假设绕线骨架（Bobbin）已选好，并且绕线槽刚好绕满。电感的气隙∑g为3mm,电感是黑色的，表面光滑度E=0.9,环境温度为Ta=40℃，或更低。

hwbwgBonnin气隙2g>AwH(t)I(t)器件的磁设计1.2电感的特性

1.2.1铜线填充系数kCu

将N=66,ACu=0.64mm2,及Aw=140mm2代入到下式得：器件的磁设计1.2.2电流密度J和铜损Pw

因为I=4A

又Vw=12.3cm3,由式可得铜损为：所以器件的磁设计1.2.3磁通密度和铁损

电流最大值为磁通密度为:Bmg=4p×10-7Hmg=157mT则ImN=5.66×66=374A

假设Hcore=0，则可以得到气隙中的Hg为:器件的磁设计g边缘磁力线气隙处的磁力线分布gg/2g/2气隙处的磁力线向周围成发散状，该处的磁通密度比磁芯中的要小,但磁力线的条数是相同。器件的磁设计AgAcoreadg/2g/2经过有关推导可得磁通密度为：气隙中的磁力线分布情况类似于图中的矩形，它的高度就是气隙的长度g，矩形的面积为：器件的磁设计查表10.1中相应的数据代入到式由于Bm.g=157mT，因此可得：Bm.core=1.69×157/1.5=177mT因没有直流流过电感，所以，这就是Bac的值。最大磁通量为：器件的磁设计mTmWmm-3mWcm-33F3103102110磁功率损耗Pm1000C101001000102Gs40010025F(KHz)250C磁通密度最大值,Bas图中，3F3功率损耗曲线表明，当温度为100℃、频率为100KHz时的功率损耗为245mW/cm3,所以该磁芯的功率损耗为3.3W(磁芯体积为13.5cm3,见表10.1)。器件的磁设计1.3电感值L

假设电感和磁通成线性关系，则可得：以上讨论忽略了漏感磁通。但有时漏感磁通很大，实际中须考虑。上式中所得结果0.31mH比实际所测的电感值大，因为气隙Sg为3mm。器件的磁设计1.4电感的温度其中电感的总表面积为0.006m2(见表10.1)，Ts=Tbody=100℃,Ta=40℃电感和变压器的散热主要靠热量的辐射和对流。该电感的辐射热阻可通过求出，器件的磁设计对流热阻可通过求出,其中，dvert=3.5a=3.5cm，△T=60℃，A=0.006m2

由对流热阻和辐射热阻可求出总热阻Rqsa=9.8℃/W又Ts=Tbody=100℃，Ta=40℃

应用公式Tj=Pcond(Rqjc+Rqcs+Rqsa)+Ta

可得:Tm.body=(9.8)×(3.17+3.3)+40+104℃器件的磁设计热点温度大致处于电感中心某处，它的温度可能超过表面温度104℃，超过的范围一般在5-10℃内。由于铁氧体的热传导率较大，一般超过约2℃左右。磁芯的平均温度可用106℃来计算，磁芯的功率损耗也要用106℃来计算。制造该电感的最初模型，应用的条件是4A，100kHz，Ta=40℃热点温度电感铁芯最高温度器件的磁设计1.5电感过载时的热点温度设计电感的基本原则不容易烧毁电感或者造成电路故障。当电流过大时，电感的最高热点温度就会升高，要能够估算该点温度。器件的磁设计mTmWmm-3mWcm-33F3103102110磁功率损耗Pm1000C101001000102Gs40010025F(KHz)250C磁通密度最大值,Bas设过流25%，I=5A，Bcore=0.221T增加的电流不会改变电感值，但绕组损耗(铜损)将会增加(5/4)2-1=56.25%(假设电阻不变)Bac增加25%器件的磁设计mTmWmm-3mWcm-33F3103102110磁功率损耗Pm1000C101001000102Gs40010025F(KHz)250C磁通密度最大值,Bas当Bac=0.221T时，的功率损耗(铁损)为440mW/cm3，即增加至1.8倍；如果通过公式计算Psp，则增加1.77倍。器件的磁设计当电流为5A，频率为100kHz时,功率损耗总和为:P=Pw+Pcore=3.17×1.56+3.31×1.8=10.9W如果Rqsa=9.8℃/W，Ta=40℃，Ts=Tbody=100℃，则最高热点温度将从电流为4A时的106℃