当前位置:文档之家› 电感电容计算

电感电容计算

纹波电流的大小同样会影响电感器和输出电容的尺寸,纹波电流一般设定为最大输出电流的10%~30%,因此对降压型电源来说,流过电感的电流峰值比电源输出电流大5%~15%。

降压型开关电源的电感选择为降压型开关电源选择电感器时,需要确定最大输入电压、输出电压、电源开关频率、最大纹波电流、占空比。

下面以图2为例说明降压型开关电源电感值的计算,首先假设开关频率为300kHz、输入电压范围12V±10%、输出电流为1A、最大纹波电流300mA。

图2:降压型开关电源的电路图。

最大输入电压值为13.2V,对应的占空比为:D=Vo/Vi=5/13.2=0.379 (3)其中,Vo为输出电压、Vi为输出电压。

当开关管导通时,电感器上的电压为:V=Vi-Vo=8.2V (4)当开关管关断时,电感器上的电压为:V=-Vo-Vd=-5.3V (5)dt=D/F (6)把公式2/3/6代入公式2得出:升压型开关电源的电感选择对于升压型开关电源的电感值计算,除了占空比与电感电压的关系式有所改变外,其它过程跟降压型开关电源的计算方式一样。

以图3为例进行计算,假设开关频率为300kHz、输入电压范围5V±10%、输出电流为500mA、效率为80%,则最大纹波电流为450mA,对应的占空比为:D=1-Vi/Vo=1-5.5/12=0.542 (7)图3:升压型开关电源的电路图。

当开关管导通时,电感器上的电压为:V=Vi=5.5V (8)当开关管关断时,电感器上的电压为:V=Vo+Vd-Vi=6.8V (9)把公式6/7/8代入公式2得出:请注意,升压电源与降压电源不同,前者的负载电流并不是一直由电感电流提供。

当开关管导通时,电感电流经过开关管流入地,而负载电流由输出电容提供,因此输出电容必须有足够大的储能容量来提供这一期间负载所需的电流。

但在开关管关断期间,流经电感的电流除了提供给负载,还给输出电容充电。

开关电源中的电感确定:开关频率低,由于开和关的时间都比较长,因此为了输出不间断的需要,需要把电感值加大点,这样可以让电感可以存储更多的磁场能量。

同时,由于每次开关比较长,能量的补充更新没有如频率高时的那样及时,从而电流也就会相对的小点。

这个原理也可以用公式来说明:L=(dt/di)*u LD=Vo/Vi,降压型占空比 D=1- Vi/Vo,升压型占空比dt=D/F ,F=开关频率di=电流纹波所以得L=D*u L /(F*di),当F开关频率低时,就需要L大一点;同意当L设大时,其他不变情况下,则纹波电流di就会相对减小在高的开关频率下,加大电感会使电感的阻抗变大,增加功率损耗,使效率降低。

同时,在频率不变条件下,一般而言,电感值变大,输出纹波会变小,但电源的动态响应(负载功耗偶尔大偶尔小,在大小变化之间相应慢)也会相应变差,所以电感值的选取可以根据电路的具体应用要求来调整以达到最理想效果二极管高速导通截止时,要考虑寄生参数。

在二极管反向恢复期间,等效电感和等效电容成为一个RC振荡器,产生高频振荡。

为了抑制这种高频振荡,需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。

电阻一般取10Ω-100Ω,电容取4.7pF-2.2nF。

电容计算C=1/8f*(U0/I0-Resr)U0=(10mv~100mv)I0=(0.2~0.4)I高频变压器以一个60W的实例来进行讲解:输入条件:电压范围:176~265Vac 50/60HzPF》0.95THD《25%效率ef〉0.87输出条件:输出电压:48V输出电流:1.28A第一步:选择ic 和磁芯:Ic用士兰的SA7527,输出带准谐振,效率做到0.87应该没有问题。

按功率来选择磁芯,根据以下公式:Po=100*Fs*VePo:输出功率;100:常数;Fs:开关频率;Ve:磁芯体积。

在这里,Po=Vo*Io=48*1.28=61.44;工作频率选择:50000Hz;则:Ve=Po/(100*50000)=61.4/(100*50000)=12280 mmmPQ3230的Ve值为:11970.00mmm,这里由于是调频方式工作。

完全可以满足需求。

可以代入公式去看看实际需要的工作频率为:51295Hz。

第二步:计算初级电感量。

最小直流输入电压:VDmin=176*1.414=249V。

最大直流输入电压:VDmax=265*1.414=375V。

最大输入功率:Pinmax=Po/ef=61.4/0.9=68.3W(设计变压器时稍微取得比总效率高一点)。

最大占空比的选择:宽电压一般选择小于0.5,窄电压一般选择在0.3左右。

考虑到MOS管的耐压,一般不要选择大于0.5 ,220V供电时选择0.3比较合适。

在这里选择:Dmax=0.327。

最大输入电流:Iinmax=Pin/Vinmin=68.3/176=0.39 A最大输入峰值电流:Iinmaxp=Iin*1.414=0.39*1.414=0.55AMOS管最大峰值电流:Imosmax=2*Iinmaxp/Dmax=2*0.55/0.327=3.36A初级电感量:Lp= Dmax^2*Vin_min/(2*Iin_max*fs_min)=0.327*0.327*176/(2*0.39*50000)=482.55 uH取500uH。

第三步:计算初级匝数NP:查磁芯资料,PQ3230的AL值为:5140nH/N^2,在设计反激变压器时,要留一定的气息。

选择0.6倍的AL值比较合适。

在这里AL我们取:AL=2600nH/N^2则:NP =(500/0.26)^0.5=44第四步:次级匝数NS:VOR=VDmin*Dmax=249*0.327=81.4匝比n=VOR/Vo=81.4/48=1.696NS=NP/n=44/1.686=26第五步:计算辅助绕组NA查看IC的datasheet,知道VCC为11.5~30V。

在这选16V。

NA=NS/(Vo*VCC)=26/(48/16)=8.67 取9。

绕法:LED照明电源单级PFC高频变压器设计总结通过样品的测试,实验结果为:整机效率0.88,PF值:176V时0.989;220V时0.984;265V时0.975。

变压器温升25K。

在整个变压器设计过程中。

简化了一些东西。

比如二极管的压降。

对比一下,与一般反激式的变压器有点一致。

只是由于整流桥后没有接大容量的电解电容。

实际的直流最低电压没有 1.414倍。

185uh(9圈)28.5uh(气隙2,9圈)20uh(气隙3,9圈)绿环13.7uh(10圈)黄白大200uh(绕满)黄白中11.1uh(10圈)黄白小8.9uf(10圈)Ap= Aw*Ae=(Pt*10^4)/(2ΔB*fs*J*Ku)Ap:变压器功率容量Aw:磁芯窗口面积Ae:磁芯横截面接Pt:变压器的传递功率(Pt = Po /η +Po )ΔB:磁通密度变化量(一般取0.2-0.3)fs:磁芯工作频率j:电流密度(自冷取4-6,风冷取6-10)Ku:窗口的铜填充系数(一般取0.2-0.5)铁粉芯磁环(2材/红灰环)-2材的磁导率比其他没有附加空隙损耗的材料更能降低操作时的AC通量密度铁粉芯磁环(8材/黄红环)-8材在高偏流的情况下,磁芯损耗低,并且线性良好,是良好的高频材料,也是最贵的材料铁粉芯磁环(18材/绿红环)-18材跟材料-8一样,磁芯损耗低,但磁导率较高而成本较低,有良好的DC饱和特性铁粉芯磁环(26材/黄白环)-26材最为通行的材料,是一种成本效益最高的一般用途材料,适合功率转换和线路滤波等各种广泛用途。

铁粉芯磁环(33材/灰黄环)-33材是一种可代替材料-8但不昂贵的选择,适用于高频率时磁芯损耗不重要的情况,高偏流时线性良好。

铁粉芯磁环(40材/绿黄环)-40材是最便宜的材料,其特性与最通用的材料-26颇相似,普遍应用于较大的尺寸铁粉芯磁环(52材/蓝绿环)-52材在高频率下磁芯损耗较低,而磁导率与材料-26相同,在新型的高频抗流器上应用广泛。

材质性能 MATERIAL PROPETIES材质编号有效磁导率磁导率温度系数(+PP''m/oC) 颜色-26 75 825 黄/白-52 75 650 绿/蓝-18 55 385 绿/红-40 60 950 绿/黄-33 33 635 灰/黄-28 22 415 灰/绿-38 85 955 黑/灰-45 100 1040 黑色-8 35 255 黄/红注:有效磁道率仅作参考,磁芯按电感值AL制定。

铁芯:IRON POWDER CORE,适用于-65oC--+125oC的温度范围,当铁芯处于较高的温度环境中,会使电感和品质因数“Q”,永久性降低,IRON CORE磁环特性的偏差程度取决于时间、温度、磁芯大小,频率和磁通量密度等。

磁性偏差:磁芯是按列出的额定电感AL值,每种材料有效磁道率,仅作参考,AL值偏差为±10%,测试条件:10KHZ的频率下环形铁芯是均匀分布,单层绕线测试。

表面涂装:我司生产IRON POWDER CORE是用环氧树脂绝缘油漆,耐压600VMIN。

最后对金属磁粉心应用进行简单综述:Fe粉心-26 -52 材料主要用在EMI电源滤波器差模电感器;Fe粉心-2 -18 等材料主要应用在音响功放滤波电路,发射机滤波电路;Fe粉心-33 -34 -35 主要应用在无源功率因数校正电路、UPS和EPS电源LC滤波电路(载波频率20kHz以下)、低频大功率APFC电路(IGBT作为开关管,电路频率在20kHz左右)、大功率光伏并网电站中的APFC电路、DC-DC电路、逆变部分LC滤波电路,变频器逆变LC滤波电路。

FeSIAl 磁导率60 75 90 125 主要应用电路是抑制电网谐波的BOOST电源电路,AC-DC电源输出滤波电路,这是FeSiAl材料最主要的应用场合。

其实最主要是APFC催生FeSIAL应用和技术的发展。

磁导率26材料主要应用一些大电流场合的APFC电路、AC-DC开关电源输出滤波电路,频率高于20kHz载波的逆变电路LC滤波。

FeNiMo 主要应用在要求体积比较严格、要求温升低的高档AC-DC电源、APFC电路、逆变电源,谐振电路、单端反激变压器还有军用场合。

FeSi 在开关频率200kHz以下大电流APFC电路、开关电源输出滤波电路代替FeSiAL、频率500kHz到2MHz的大电流POL电源电路中作为高功率密度电感器。

因为FeSi高频损耗小,成型后不用烧结所以可以作成压粉式一体SMD电感器(FeSiAl需要烧结,因此不能作成一体式压粉磁心)。

大功率超大电流(几百A上千A)UPS和EPS滤波电感器。

0.2.整流输出推挽式变压器开关电源整流输出推挽式变压器开关电源,由于两个开关管轮流交替工作,相当于两个开关电源同时输出功率,其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍。

相关主题