第十章 器件磁設(shè)計

1、10.1磁性材料及磁芯磁性材料及磁芯10.2銅線繞組銅線繞組 10.3發(fā)熱問題發(fā)熱問題 10.4具體電感的設(shè)計具體電感的設(shè)計 10.5電感設(shè)計程序電感設(shè)計程序10.6變壓器設(shè)計的具體分析變壓器設(shè)計的具體分析 10.7渦流渦流 10.8變壓器的漏感變壓器的漏感10.9變壓器的設(shè)計程序變壓器的設(shè)計程序 10.10電感和變壓器的比較電感和變壓器的比較 小結(jié)小結(jié)首首 頁頁10.1.1 用作磁芯的磁性材料用作磁芯的磁性材料 硅鋼片硅鋼片鐵，以及少量的鉻、鐵，以及少量的鉻、硅組成的合金片。硅組成的合金片。硅鋼片比鐵氧體的電導(dǎo)率和更高的磁飽和度高，硅鋼片比鐵氧體的電導(dǎo)率和更高的磁飽和度高，其值接近其值接近1

2、.8T( (特斯拉特斯拉) )。 用作磁芯的磁性材料用作磁芯的磁性材料分類分類下 頁返回下 頁上 頁返 回交變磁通通過硅鋼片時產(chǎn)生損耗交變磁通通過硅鋼片時產(chǎn)生損耗磁滯損耗磁滯損耗渦流損耗渦流損耗硅鋼片的渦流損耗較大，通常用于低頻變壓器硅鋼片的渦流損耗較大，通常用于低頻變壓器(頻頻率率2KHZ或更低的情形或更低的情形)。硅鋼片做成很薄的片狀結(jié)構(gòu)，可減少渦流損耗。硅鋼片做成很薄的片狀結(jié)構(gòu)，可減少渦流損耗?？捎描F粉以及鐵合金粉末做磁芯可用鐵粉以及鐵合金粉末做磁芯 (鐵粉芯鐵粉芯)。鐵粉芯中的鐵粉顆粒很小，它們的電阻率比硅鋼鐵粉芯中的鐵粉顆粒很小，它們的電阻率比硅鋼片大，渦流損耗就比硅鋼片小。片大，渦

3、流損耗就比硅鋼片小。下 頁上 頁返 回在硅鋼片磁芯材料中加入少量稀有元素，如，硼，在硅鋼片磁芯材料中加入少量稀有元素，如，硼，鎳，鈷，鉻等，可改善電感或變壓器的一些特性。鎳，鈷，鉻等，可改善電感或變壓器的一些特性。鐵基納米晶合金的發(fā)明是軟磁材料發(fā)展的重要突破，鐵基納米晶合金的發(fā)明是軟磁材料發(fā)展的重要突破，此類合金的突出優(yōu)點在于兼?zhèn)淞髓F基非晶合金的高此類合金的突出優(yōu)點在于兼?zhèn)淞髓F基非晶合金的高磁感和鈷基非晶合金的高磁導(dǎo)率、低損耗，成本低磁感和鈷基非晶合金的高磁導(dǎo)率、低損耗，成本低的特點。的特點。納米非晶合金可以替代鈷基非晶合金、晶態(tài)坡莫合納米非晶合金可以替代鈷基非晶合金、晶態(tài)坡莫合金和鐵氧體，在

4、高頻電力電子和電子信息領(lǐng)域中已金和鐵氧體，在高頻電力電子和電子信息領(lǐng)域中已獲得了廣泛應(yīng)用，它能有效減小體積、降低成本。獲得了廣泛應(yīng)用，它能有效減小體積、降低成本。下 頁上 頁返 回不同磁芯材料的不同磁芯材料的Metglas非晶合金的組合成份不同，非晶合金的組合成份不同，其性能也不同。其性能也不同。若在鐵合金中添加少量的其它稀有金屬，則它的電若在鐵合金中添加少量的其它稀有金屬，則它的電阻率要比大多數(shù)普通磁鋼的電阻率大很多。阻率要比大多數(shù)普通磁鋼的電阻率大很多。Metglas鐵合金經(jīng)過迅速淬熄形成，迅速淬熄鍛造鐵合金經(jīng)過迅速淬熄形成，迅速淬熄鍛造技術(shù)可將合金鍛造成很薄的片狀結(jié)構(gòu)。這些很薄的技術(shù)可將

5、合金鍛造成很薄的片狀結(jié)構(gòu)。這些很薄的片狀鐵合金疊在一起做成的磁芯電阻率比大多數(shù)的片狀鐵合金疊在一起做成的磁芯電阻率比大多數(shù)的普通磁鋼大很多，所以被大量用于高頻設(shè)備中。普通磁鋼大很多，所以被大量用于高頻設(shè)備中。下 頁上 頁返 回鐵氧體鐵氧體 鐵和其它磁性元素鐵和其它磁性元素的混合氧化物。的混合氧化物。 鐵氧體具有很高的電阻率，磁飽和度比較小，通常鐵氧體具有很高的電阻率，磁飽和度比較小，通常只有只有0.3T左右，因而它的磁滯損耗相對較大。左右，因而它的磁滯損耗相對較大。鐵氧體的電阻率較高，因而能有效降低鐵氧體的渦鐵氧體的電阻率較高，因而能有效降低鐵氧體的渦流損耗。因為渦流損耗很小，所以鐵氧體大多在

6、超流損耗。因為渦流損耗很小，所以鐵氧體大多在超過過10kHz的高頻情況下使用。的高頻情況下使用。下 頁上 頁返 回鐵氧體是鐵和其它磁性氧化物的混合體。它們具鐵氧體是鐵和其它磁性氧化物的混合體。它們具有很高的電阻率，但磁飽和度卻比較小，通常只有很高的電阻率，但磁飽和度卻比較小，通常只有有0.3T左右，因而它的磁滯損耗相對較大。左右，因而它的磁滯損耗相對較大。鐵氧體的電阻率較高，因而能有效降低鐵氧體的鐵氧體的電阻率較高，因而能有效降低鐵氧體的渦流損耗。因為渦流損耗很小，所以鐵氧體大多渦流損耗。因為渦流損耗很小，所以鐵氧體大多在超過在超過10kHz的高頻情況下使用。的高頻情況下使用。下 頁上 頁返

7、回10.1.2 磁滯損耗磁滯損耗 磁性材料在工作時磁芯發(fā)熱，導(dǎo)致溫度的提高。磁性材料在工作時磁芯發(fā)熱，導(dǎo)致溫度的提高。 l磁滯損耗磁滯損耗 鐵磁材料在交變磁場作用下的反復(fù)磁化過程中，磁疇鐵磁材料在交變磁場作用下的反復(fù)磁化過程中，磁疇會不停轉(zhuǎn)動，相互之間會不斷摩擦，因而要消耗一定會不停轉(zhuǎn)動，相互之間會不斷摩擦，因而要消耗一定的能量，產(chǎn)生功率損耗。的能量，產(chǎn)生功率損耗。 下 頁上 頁返 回fca0HHm-Hc-HmHceB-BmBmBr-BrbdAiul匝數(shù)：匝數(shù)：Nl磁勢磁勢 l磁場強度磁場強度 l磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象 磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度B的過零滯后于的過零滯后于磁場強度磁場強度H的過零現(xiàn)象。的過

8、零現(xiàn)象。 下 頁上 頁返 回鐵芯飽和鐵芯飽和 fca0HHm-Hc-HmHceB-BmBmBr-Brbd鐵芯達到飽和后，再增加磁場強度也不可能改變鐵芯達到飽和后，再增加磁場強度也不可能改變磁感應(yīng)強度的大小。磁感應(yīng)強度的大小。磁場強度磁場強度H在反方向繼續(xù)增在反方向繼續(xù)增加至加至Hm之后，磁感應(yīng)強度之后，磁感應(yīng)強度B就不會再增加了，它基本就不會再增加了，它基本上維持在磁感應(yīng)強度的最大值上維持在磁感應(yīng)強度的最大值Bm附近不變。附近不變。下 頁上 頁返 回fca0HHm-Hc-HmHceB-BmBmBr-Brbd若要退出飽和，必須減小磁場強度若要退出飽和，必須減小磁場強度H，這樣才能，這樣才能使磁感

9、應(yīng)強度使磁感應(yīng)強度B退出飽和，并在以后逐漸減小。退出飽和，并在以后逐漸減小。磁滯回線磁滯回線通過磁場強度通過磁場強度H的周期變的周期變化使磁感應(yīng)強度化使磁感應(yīng)強度B沿著沿著a-b-c-d-e-f-a封閉回線變化的封閉回線變化的軌跡。軌跡。下 頁上 頁返 回正常情況下磁性材料不對外顯示磁性。只有當(dāng)磁正常情況下磁性材料不對外顯示磁性。只有當(dāng)磁性材料被磁化以后，它才能對外顯示出磁性。性材料被磁化以后，它才能對外顯示出磁性。鐵磁材料在交變磁場的作用下，磁疇的方向處于鐵磁材料在交變磁場的作用下，磁疇的方向處于不斷的反復(fù)磁化過程。不斷的反復(fù)磁化過程。l磁疇磁疇磁性材料內(nèi)部的一個個小區(qū)域。磁性材料內(nèi)部的一個

10、個小區(qū)域。l磁滯損耗磁滯損耗鐵磁材料中大量緊挨著的鐵磁材料中大量緊挨著的磁疇在交變磁場的作用下磁疇在交變磁場的作用下因相互摩擦產(chǎn)生的損耗。因相互摩擦產(chǎn)生的損耗。下 頁上 頁返 回F設(shè)線圈中通以電流設(shè)線圈中通以電流i，在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的磁場強在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的磁場強度均為度均為H，全電流定律為：，全電流定律為：idlHl根據(jù)根據(jù) Hl=Ni 即即 i =Hl / N源供給線圈的瞬時功率為源供給線圈的瞬時功率為: p=ui忽略線圈電阻，線圈端電壓應(yīng)與感應(yīng)電動勢平衡，忽略線圈電阻，線圈端電壓應(yīng)與感應(yīng)電動勢平衡，電磁感應(yīng)定律為：電磁感應(yīng)定律為：dtdNeuAiul匝數(shù)：匝數(shù)：N下 頁上 頁返 回F 為鐵芯內(nèi)的

11、磁為鐵芯內(nèi)的磁通量。設(shè)鐵芯內(nèi)通量。設(shè)鐵芯內(nèi)的磁感應(yīng)強度為的磁感應(yīng)強度為B，則則: =BABA= BA= BA= 得：得：dtdBVHNHldtdBNAidtdNuip式中，式中，V=Al為鐵芯的體積為鐵芯的體積Aiul匝數(shù)：匝數(shù)：N下 頁上 頁返 回p是在鐵芯中建立交變磁通，克服磁疇回轉(zhuǎn)所需要是在鐵芯中建立交變磁通，克服磁疇回轉(zhuǎn)所需要的瞬時功率，其在一個周期的瞬時功率，其在一個周期T內(nèi)的平均值即鐵芯磁內(nèi)的平均值即鐵芯磁滯損耗：滯損耗：T：電流：電流i的變化周期的變化周期f：電流：電流i的頻率的頻率HdBfVpdtTPTh01f =1/T 磁滯損耗與磁滯回線的面積磁滯損耗與磁滯回線的面積 ，電流

12、頻率，電流頻率f和和鐵芯體積鐵芯體積V成正比成正比。 HdB下 頁上 頁返 回實際獲得磁滯回線是采用與式實際獲得磁滯回線是采用與式 對應(yīng)的經(jīng)驗公式進行計算：對應(yīng)的經(jīng)驗公式進行計算：HdBfVpdtTPTh01S磁芯的磁滯損耗隨著磁通強度磁芯的磁滯損耗隨著磁通強度Bm和開關(guān)頻率和開關(guān)頻率f的增的增加而增加。加而增加。Skh為不同材料的磁滯損耗系數(shù)；為不同材料的磁滯損耗系數(shù)；Sa為實驗確定的指數(shù)，與材料性質(zhì)有關(guān)，其數(shù)值在為實驗確定的指數(shù)，與材料性質(zhì)有關(guān)，其數(shù)值在1.52.0之間，作估算時可取之間，作估算時可取2.0。 VfBkPamhh=下 頁上 頁返 回不同的鐵磁材料，磁通密度為不同的鐵磁材料，

13、磁通密度為Bac，每單位體積的，每單位體積的功率損耗功率損耗Psp為為： ,式中，式中，k, , a和和d均為常數(shù)，材料的性質(zhì)不同，其參均為常數(shù)，材料的性質(zhì)不同，其參數(shù)不同。數(shù)不同。,上式只能在一定的頻率及磁通密度范圍內(nèi)適用，上式只能在一定的頻率及磁通密度范圍內(nèi)適用，不同的材料適用的范圍也不一樣。不同的材料適用的范圍也不一樣。 ()dacaspBkfP=下 頁上 頁返 回tBm=Bac如果磁通密度平均值等于零如果磁通密度平均值等于零 , ,式式中的中的Bac取交流變化磁通密度的最大值取交流變化磁通密度的最大值Bm 。 ()dacaspBkfP=如果磁通密度的平均值為如果磁通密度的平均值為Bav

14、g，則式，則式 中的中的Bac=Bm-Bavg。 ()dacaspBkfP=BavgBactBm下 頁上 頁返 回鐵氧體磁芯鐵氧體磁芯3F3的的Psp曲線圖，單位體積曲線圖，單位體積功率損耗功率損耗Psp為：為： Psp單位為單位為mW/cm3頻率的單位為頻率的單位為KHz磁通密度磁通密度Bac的單位為的單位為mT mTm mWmm-3mWcm-33F3103102110磁功率損耗磁功率損耗Pm1000C101001000102Gs400 10025F(KHz)250C磁通密度最大值磁通密度最大值,Bas()5 . 23 . 16-105 . 1=acspBfP下 頁上 頁返 回如選用如選用M

15、etglas鐵合金材料作為磁芯，以磁芯鐵合金材料作為磁芯，以磁芯2705M為例，它的單位體積功率損耗為例，它的單位體積功率損耗Psp可由下式求出：可由下式求出： 當(dāng)頻率為當(dāng)頻率為100KHz，磁通密度為，磁通密度為100mT，則可，則可計算出：計算出： 3F3的的Psp60mW/cm3 2705M的的Psp127mW/cm3 ()28 . 16-102 . 3=acspBfP下 頁上 頁返 回變壓器的電壓電流等級變壓器的電壓電流等級(V-A)和工作頻率與磁通和工作頻率與磁通密度的乘積密度的乘積(fBac)有很大的關(guān)系。有很大的關(guān)系。如果磁芯的磁損耗是一個常數(shù)，則可以根據(jù)經(jīng)驗如果磁芯的磁損耗是一

16、個常數(shù)，則可以根據(jù)經(jīng)驗值值PF= fBac計算，并根據(jù)計算結(jié)果選擇所需要的計算，并根據(jù)計算結(jié)果選擇所需要的鐵氧體變壓器磁芯。鐵氧體變壓器磁芯。同一種材料，只有在一定的頻率范圍內(nèi)，工作特同一種材料，只有在一定的頻率范圍內(nèi)，工作特性才比較理想。性才比較理想。下 頁上 頁返 回024 6 824 6 82100100051015202530P F頻率頻率kHzA:3C85 B:3F3 C:3C10 D:3B8E:3F4 F:N47AB3C85在頻率低于在頻率低于40KHz時，工作特時，工作特性比較理想；性比較理想；3F3在在40-420KHz時，工作特性時，工作特性比較比較理想；理想； CD3F4在

17、頻率超過在頻率超過420Hz時，時，工作特性比較理想工作特性比較理想 。EF 工作頻率不同，選擇不同的工作磁芯。工作頻率不同，選擇不同的工作磁芯。 下 頁上 頁返 回不同材料的溫度，也會影響它的功率損耗不同材料的溫度，也會影響它的功率損耗Psp值。值。通常情況下，均假設(shè)磁芯能夠正常工作的最高通常情況下，均假設(shè)磁芯能夠正常工作的最高溫度為溫度為100，這時的，這時的Psp值一般低于幾百值一般低于幾百mW/cm3。Pm,sp值跟散熱的速度有關(guān)，即與磁芯和周圍環(huán)值跟散熱的速度有關(guān)，即與磁芯和周圍環(huán)境之間的熱阻有關(guān)。如果使用硅鋼片作為磁芯，境之間的熱阻有關(guān)。如果使用硅鋼片作為磁芯，由于渦流損耗比較小，

18、對應(yīng)的由于渦流損耗比較小，對應(yīng)的Psp會更小。會更小。 下 頁上 頁返 回10.1.3 趨膚效應(yīng)的限制趨膚效應(yīng)的限制 l渦流渦流當(dāng)磁芯的材料是導(dǎo)電材料時，當(dāng)磁芯的材料是導(dǎo)電材料時，加在磁芯中的交變磁場在磁芯加在磁芯中的交變磁場在磁芯中產(chǎn)生自環(huán)電流。中產(chǎn)生自環(huán)電流。 使用右手法則判使用右手法則判斷渦流的方向。斷渦流的方向。 WxyzBsin(w wt)xdx-xd渦流方向渦流方向l下 頁上 頁返 回F渦流產(chǎn)生一個與原磁場方渦流產(chǎn)生一個與原磁場方向相反的磁場，這個磁場在向相反的磁場，這個磁場在磁芯的內(nèi)部起屏蔽作用，使磁芯的內(nèi)部起屏蔽作用，使磁芯中的磁場逐漸減小，減磁芯中的磁場逐漸減小，減小的幅度隨

19、著離磁芯中心的小的幅度隨著離磁芯中心的距離成指數(shù)變化距離成指數(shù)變化 。 l趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng) 交變電流在導(dǎo)體截面上不是均交變電流在導(dǎo)體截面上不是均勻分布，而是集中在導(dǎo)體表面勻分布，而是集中在導(dǎo)體表面流動的現(xiàn)象。流動的現(xiàn)象。 磁場磁場BB=2.718yBsin(w wt)0exyz下 頁上 頁返 回l 趨膚深度趨膚深度磁場以指數(shù)形式的衰減過程中，其幅度衰減到中心磁場以指數(shù)形式的衰減過程中，其幅度衰減到中心幅值（導(dǎo)體表面）的幅值（導(dǎo)體表面）的1/e處所對應(yīng)的距離處所對應(yīng)的距離 。 交變磁場的頻率交變磁場的頻率: f=w w/2p p ，單位，單位Hzm mr ：磁性材料的磁場相對滲透度：磁性材料的磁

20、場相對滲透度s s ：磁性材料的電導(dǎo)率：磁性材料的電導(dǎo)率計算公式為：計算公式為： swmr2下 頁上 頁返 回如果磁芯的橫截面半徑比如果磁芯的橫截面半徑比趨膚深度長很多，則磁芯最趨膚深度長很多，則磁芯最內(nèi)部的磁通密度非常小，甚內(nèi)部的磁通密度非常小，甚至?xí)耆珱]有，這種情況削至?xí)耆珱]有，這種情況削弱了磁芯儲能或者能量轉(zhuǎn)換弱了磁芯儲能或者能量轉(zhuǎn)換的能力。的能力。低頻時，由于磁場相對磁導(dǎo)率比較大，因此趨膚低頻時，由于磁場相對磁導(dǎo)率比較大，因此趨膚深度比較小，隨著頻率的增加，趨膚效應(yīng)將越來越深度比較小，隨著頻率的增加，趨膚效應(yīng)將越來越嚴(yán)重。嚴(yán)重。 磁場磁場BB=2.718yBsin(w wt)0ex

21、yz下 頁上 頁返 回當(dāng)用導(dǎo)電磁性材料做電感和變壓器的磁芯（硅鋼片）當(dāng)用導(dǎo)電磁性材料做電感和變壓器的磁芯（硅鋼片）時，一般要做成很薄的片狀結(jié)構(gòu)，再一片一片地疊時，一般要做成很薄的片狀結(jié)構(gòu)，再一片一片地疊在一起，在一起， （t的典型值為的典型值為0.3mm）0.05tt絕緣層絕緣層硅鋼片硅鋼片 磁鋼中加入少量的硅元素，可增加電阻率，但同磁鋼中加入少量的硅元素，可增加電阻率，但同時也增加趨膚深度。在工頻時也增加趨膚深度。在工頻(50-60Hz)情況下，硅情況下，硅鋼片的成分比例必須合適。鋼片的成分比例必須合適。 下 頁上 頁返 回10.1.4 疊片磁芯的渦流損耗疊片磁芯的渦流損耗 l 渦流損耗渦流

22、損耗 導(dǎo)電磁芯中產(chǎn)生的渦流導(dǎo)電磁芯中產(chǎn)生的渦流所帶來的能量損耗所帶來的能量損耗 。 WxyzBsin(w wt)xdx-xd渦流方向渦流方向lF加在其中的為正加在其中的為正弦交變磁場，磁通弦交變磁場，磁通密度為密度為: : ( )sin()B tBtw下 頁上 頁返 回WxyzBsin(w wt)xdx-xd渦流方向渦流方向l假設(shè)厚度假設(shè)厚度h比趨膚深度比趨膚深度 小很多，則渦流不會減小很多，則渦流不會減少磁芯內(nèi)部的磁通。少磁芯內(nèi)部的磁通。 如果該磁導(dǎo)體是用在如果該磁導(dǎo)體是用在變壓器中的一片硅鋼片，變壓器中的一片硅鋼片，電導(dǎo)率為電導(dǎo)率為，假設(shè)，假設(shè)在在x處的厚度變化率為處的厚度變化率為dx，如

23、圖所示，如圖所示， x-y軸的總軸的總磁通量可由下式求出：磁通量可由下式求出： )(2)(txlBt 下 頁上 頁返 回運用法拉第定律，磁通的變化會產(chǎn)生一個電壓運用法拉第定律，磁通的變化會產(chǎn)生一個電壓u(t)，假設(shè)導(dǎo)體寬為假設(shè)導(dǎo)體寬為d，長為，長為2l，厚為，厚為dx的電阻，其表達的電阻，其表達式為：式為： 在這小環(huán)流中的瞬時功率損耗在這小環(huán)流中的瞬時功率損耗D Dp(t)為：為：2( )( )u tp trD即即)cos(2=)(2=)(tBlxttBxltuww)(2dxdlrcore下 頁上 頁返 回式中的括號式中的括號()表示時間平均值。表示時間平均值。單位體積的功率損耗單位體積的功率

24、損耗Pec,sp為：為：在整個體積上對式在整個體積上對式 進行積分，得到硅進行積分，得到硅鋼片中對時間的平均渦流損耗鋼片中對時間的平均渦流損耗Pec：2( )( )u tp trDcorehcoreecptBldhlpdxtlxBddVtPP24)(cos2)cos(2)(2223202wwwwDcorespecptBhP24)(cos2222,ww下 頁上 頁返 回*Pec,sp和硅鋼片厚度的平方成正比，只要硅鋼片的和硅鋼片厚度的平方成正比，只要硅鋼片的厚度足夠薄，渦流損耗就比較小。厚度足夠薄，渦流損耗就比較小。*如果磁通和硅鋼片的水平面如果磁通和硅鋼片的水平面(y-z平面平面)有一定的傾有

25、一定的傾斜角，渦流損耗將變得比較大。斜角，渦流損耗將變得比較大。*硅鋼片的電導(dǎo)率較大，趨膚效應(yīng)和渦流損耗。硅硅鋼片的電導(dǎo)率較大，趨膚效應(yīng)和渦流損耗。硅鋼片的功率損耗比鐵氧體磁芯大。鋼片的功率損耗比鐵氧體磁芯大。*鐵氧體中，由于電阻率很大，基本上沒有趨膚效鐵氧體中，由于電阻率很大，基本上沒有趨膚效應(yīng)和渦流損耗。應(yīng)和渦流損耗。下 頁上 頁返 回10.1.5 磁芯的尺寸和形狀設(shè)計磁芯的尺寸和形狀設(shè)計 鐵氧體磁芯主要有環(huán)形，帶有氣隙的罐形，鐵氧體磁芯主要有環(huán)形，帶有氣隙的罐形，UI型，型，EI型，型，EE型，以及型，以及UU型等。型等。 繞線有效面積繞線有效面積 Aw w=hw wbw w daa /

26、2h /2baa/2hwbw14a1.9a下 頁上 頁返 回F對對EEEE型的磁芯，經(jīng)驗型的磁芯，經(jīng)驗上的最佳尺寸匹配是：上的最佳尺寸匹配是：ba=a , d=1.5a,ha=2.5a, bw=0.75a,hw=2a daa /2h /2baa/2hwbw14a1.9aFha和和ba的尺寸必須和的尺寸必須和骨架的骨架的hw和和bw匹配匹配下 頁上 頁返 回 EE型的磁芯各相關(guān)尺寸型的磁芯各相關(guān)尺寸 名稱名稱 磁芯窗口面積磁芯窗口面積Acore wcAPAA 磁芯體積磁芯體積Vcore繞線槽總體積繞線槽總體積VW 電感和變壓器的總表面積電感和變壓器的總表面積 繞線窗口面積繞線窗口面積Aw大小大小

27、 1.5a2 1.4a2 2.1a4 12.3a3 59.6a2 13.5cm3 1acm1.5cm2 1.4cm2 2.1cm4 13.5a3 12.3cm3 59.6cm2 繞線槽總體積繞線槽總體積Vw=2Aw(d+0.4a+2Aw(a+0.4a)，0.4a假設(shè)為假設(shè)為Bobbin厚度。厚度。 下 頁上 頁返 回10.2.1 銅線填充系數(shù)銅線填充系數(shù) 單純的銅線導(dǎo)體的橫截面積為單純的銅線導(dǎo)體的橫截面積為Acu。hwbwg骨架骨架氣隙氣隙 g/2Aw下 頁上 頁返 回設(shè)穿過繞線窗口的銅線總根數(shù)為設(shè)穿過繞線窗口的銅線總根數(shù)為N、銅線導(dǎo)體的橫、銅線導(dǎo)體的橫截面積為截面積為ACu，兩者相乘得到穿過

28、繞線窗口的銅線，兩者相乘得到穿過繞線窗口的銅線總面積?？偯娣e。 銅線總面積比繞線窗口面積銅線總面積比繞線窗口面積AW小小的原因的原因 銅線為圓形，不可能全部填滿整個繞線窗；銅線為圓形，不可能全部填滿整個繞線窗；銅線的外面有一層絕緣層。銅線的外面有一層絕緣層。下 頁上 頁返 回l 銅線填充系數(shù)銅線填充系數(shù) 銅線的總面積和繞線銅線的總面積和繞線窗的面積之比窗的面積之比 。 CucuwNAkA實際上的銅線填充系數(shù)，根據(jù)線型的不同而不同，實際上的銅線填充系數(shù)，根據(jù)線型的不同而不同，絞線大約為絞線大約為0.3左右，單根的銅線大約為左右，單根的銅線大約為0.5-0.6。下 頁上 頁返 回10.2.2 銅損

29、銅損 l 銅損銅損 銅線電阻造成的功率損耗。銅線電阻造成的功率損耗。 式中，導(dǎo)體中的電流密度式中，導(dǎo)體中的電流密度J=I/ACu，I為導(dǎo)線電流的為導(dǎo)線電流的有效值。有效值。假定銅線的總體積為假定銅線的總體積為VCu=kCuVw， Vw為繞線槽總體為繞線槽總體積，因此：積，因此： 2,=JPCuspcu2,=JkPCuCuspw下 頁上 頁返 回)/()(2232,cmmWJKPrmsCuspw 100時，銅的電阻率時，銅的電阻率 Cu為為2.2108/m ，J的單位用的單位用A/mm2表示，代入式表示，代入式 中，則有：中，則有：2,=JkPCuCuspw)/(2232,cmmWJkPCusp

30、w下 頁上 頁返 回10.2.3 銅線導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)銅線導(dǎo)體的趨膚效應(yīng) H(t)I(t) 流過一段單根銅線的電流過一段單根銅線的電流流i(t)為隨時間變化的量，為隨時間變化的量，該電流在周圍產(chǎn)生磁場。該電流在周圍產(chǎn)生磁場。I(t)磁場反過來在導(dǎo)體中產(chǎn)生磁場反過來在導(dǎo)體中產(chǎn)生渦流，導(dǎo)體中心的渦流方向渦流，導(dǎo)體中心的渦流方向和電流和電流i(t)方向相反，導(dǎo)體中方向相反，導(dǎo)體中心的電流被抵消。心的電流被抵消。下 頁上 頁返 回0J(t)J(t) 導(dǎo)體表面的電流密度最大，電導(dǎo)體表面的電流密度最大，電流密度從導(dǎo)體中心向?qū)w表面成指流密度從導(dǎo)體中心向?qū)w表面成指數(shù)變化，數(shù)變化，趨膚深度通過下式計算：趨膚深

31、度通過下式計算： 銅線導(dǎo)體在不同頻率時的趨膚深度銅線導(dǎo)體在不同頻率時的趨膚深度 頻率頻率( (Hz) ) 50 10.6 5K 0.53趨膚深度趨膚深度 ( (mm) 0.16 10.6 500K 20K swmr2下 頁上 頁返 回如果導(dǎo)體的直徑比導(dǎo)體的趨膚深如果導(dǎo)體的直徑比導(dǎo)體的趨膚深度大很多，則導(dǎo)體的大部分電流將度大很多，則導(dǎo)體的大部分電流將會集中在離導(dǎo)體中心大概一個趨膚會集中在離導(dǎo)體中心大概一個趨膚深度遠的薄薄的一層上，此時導(dǎo)體深度遠的薄薄的一層上，此時導(dǎo)體的電阻將會比導(dǎo)體在直流時的電阻的電阻將會比導(dǎo)體在直流時的電阻大很多，因在此種情況下，導(dǎo)體的大很多，因在此種情況下，導(dǎo)體的有效直徑減

32、少了很多，同時，將會有效直徑減少了很多，同時，將會導(dǎo)致銅損大大增加。導(dǎo)致銅損大大增加。 0J(t)J(t)下 頁上 頁返 回為了減少趨膚效應(yīng)，要求使用的銅線的直徑不能為了減少趨膚效應(yīng)，要求使用的銅線的直徑不能夠太大，跟趨膚深度差不多的直徑最好。夠太大，跟趨膚深度差不多的直徑最好。如果如果d是銅線導(dǎo)體的直徑，當(dāng)是銅線導(dǎo)體的直徑，當(dāng)d2 ，趨膚效應(yīng)基本，趨膚效應(yīng)基本上可以忽略。在高頻環(huán)境下，使用絞線比較多。上可以忽略。在高頻環(huán)境下，使用絞線比較多。由于在交流電時電阻比直流時大，所以銅線繞組由于在交流電時電阻比直流時大，所以銅線繞組的功率損耗也會發(fā)生變化：的功率損耗也會發(fā)生變化：式中，式中，Rac為

33、交流電阻；為交流電阻；Rdc為直流電阻為直流電阻 2,22=JRRkPdcacCuspw下 頁上 頁返 回假設(shè)電流密度是常數(shù)，當(dāng)溫度增加時，繞組的電假設(shè)電流密度是常數(shù)，當(dāng)溫度增加時，繞組的電阻也會增加，繞組的功率損耗也跟著增加，磁芯阻也會增加，繞組的功率損耗也跟著增加，磁芯的溫度也會相應(yīng)增加。的溫度也會相應(yīng)增加。為了保證器件正常工作，必須保持磁芯和繞組的為了保證器件正常工作，必須保持磁芯和繞組的溫度不會超過規(guī)定的極限值。溫度不會超過規(guī)定的極限值。 解解決決磁芯和繞組的最大溫度限量值是多少？磁芯和繞組的最大溫度限量值是多少？損耗（鐵損和銅損）和溫度之間怎樣定量損耗（鐵損和銅損）和溫度之間怎樣定量

34、分析。分析。 下 頁上 頁返 回實踐中，最高溫度一般限制在實踐中，最高溫度一般限制在100-125。變壓器或電感的功率損耗都是在磁芯和繞組上，可變壓器或電感的功率損耗都是在磁芯和繞組上，可假設(shè)電感或變壓器的內(nèi)部溫度和表面溫度一樣。假設(shè)電感或變壓器的內(nèi)部溫度和表面溫度一樣。決決定電感或變壓器溫度的重要參數(shù)是它們和周圍環(huán)境定電感或變壓器溫度的重要參數(shù)是它們和周圍環(huán)境之間的熱阻之間的熱阻Rq qsa大小，可用下式求出它的值：大小，可用下式求出它的值：)/(1.WCRRRRRconvradconvradsaqqqqq式中，式中， Rq q,rad為輻射熱阻，為輻射熱阻，Rq,cow為對流熱阻，為對流熱

35、阻，A為總表面積。為總表面積。下 頁上 頁返 回假設(shè)表面積為假設(shè)表面積為A，溫差為，溫差為D DT ，代入相應(yīng)公式則可，代入相應(yīng)公式則可以求出以求出Rq qsa。 25. 0.)(34. 11TdARvertconvDq根據(jù)公式根據(jù)公式 可以求出可以求出Rq q,cow 。daa /2h /2baa/2T固定或已知，固定或已知，因此：因此：()sacorewTRPPqD21akRsaqK1為常數(shù)為常數(shù)下 頁上 頁返 回Pcore =Pc,spVc， Pw=Pw,spVwVc為磁芯的體積，為磁芯的體積，Vw為繞線槽總體積為繞線槽總體積 Pcore+Pw = k2a2K2為常數(shù)，理想設(shè)計中，為常數(shù)

36、，理想設(shè)計中，Pc,spPw,sp=Psp，磁芯和繞，磁芯和繞線槽的體積和特征尺寸線槽的體積和特征尺寸a的立方成正比，由上式推出的立方成正比，由上式推出Psp的表達式：的表達式：3spkPak3為常數(shù)。為常數(shù)。下 頁上 頁返 回3spkPa根據(jù)式根據(jù)式可得到磁通密度和頻率的關(guān)系式：可得到磁通密度和頻率的關(guān)系式： 40.520.4ackBfaK4為常數(shù)為常數(shù)()5 . 23 . 16-105 . 1=acspBfP()28 . 16-102 . 3=acspBfP下 頁上 頁返 回可得到電流密度的表達式：可得到電流密度的表達式： )/()(2232,cmmWJKPrmsCuspw2,22()ac

37、w spCurmsdcRPkJR根據(jù)式根據(jù)式5rmsCukJk aK5為常數(shù)為常數(shù)磁芯的最高表面溫度為磁芯的最高表面溫度為100；最高環(huán)境溫度為；最高環(huán)境溫度為40；絞線的；絞線的kCu=0.3。 下 頁上 頁返 回以上三式對于了解或初步估算鐵芯損耗很重要，在以上三式對于了解或初步估算鐵芯損耗很重要，在特定的溫差范圍內(nèi)特定的溫差范圍內(nèi)(D DT=Ts-Ta)，根據(jù)電感或變壓器，根據(jù)電感或變壓器的特征尺寸的特征尺寸a，即可求出磁芯和繞組的功率損耗，即可求出磁芯和繞組的功率損耗Psp以及最大的磁通密度以及最大的磁通密度Bac和電流密度和電流密度J。akPsp34 . 052. 04afkBacak

38、kJCu5=、下 頁上 頁返 回 給出了最大電流密度給出了最大電流密度和功率損耗隨特征尺寸和功率損耗隨特征尺寸a變化的關(guān)系。變化的關(guān)系。 3spkPa5rmsCukJk a和和0501001502002503003504000.5 11.5JA/mm24.543.532.52012345678JPspPspmW/cm3I使用的磁芯的尺寸使用的磁芯的尺寸和型號不一樣時，曲和型號不一樣時，曲線也不一樣。線也不一樣。下 頁上 頁返 回10.4.1 電感的參數(shù)電感的參數(shù) 設(shè)計使用設(shè)計使用EE型磁芯電型磁芯電感感, ,磁芯的特征尺寸磁芯的特征尺寸a=1mm, ,更多其它的磁芯更多其它的磁芯尺寸見表尺寸見

39、表10.110.1。 設(shè)某電感用于最高工作頻率為設(shè)某電感用于最高工作頻率為100KHz的電路的電路中，額定工作電流為中，額定工作電流為4A, ,Irms=4A, ,可采用絞線，可采用絞線，銅芯的橫截面積銅芯的橫截面積 ACu=0.64mm2, ,根數(shù)為根數(shù)為N=66。 daa /2h /2baa/2下 頁上 頁返 回假設(shè)繞線骨架（假設(shè)繞線骨架（Bobbin）已選好，并且繞線槽剛）已選好，并且繞線槽剛好繞滿。電感的氣隙好繞滿。電感的氣隙g為為3mm, ,電感是黑色的，表電感是黑色的，表面光滑度面光滑度E=0.9, ,環(huán)境溫度為環(huán)境溫度為Ta=40 ，或更低?；蚋?。 hwbwgBonnin氣隙氣

40、隙2gAwH(t)I(t)下 頁上 頁返 回10.4.2 電感的特性電感的特性 銅線填充系數(shù)銅線填充系數(shù)kCu 將將N=66, ,ACu=0.64mm2, ,及及Aw=140mm2代入到下代入到下式式 CucuwNAkA得：得： 66 0.640.3140Cuk下 頁上 頁返 回 電流密度電流密度J和銅損和銅損Pw 因為因為 I=4A 又又Vw=12.3cm3 , ,由式由式)/(2232,cmmWJKPCuspw可得銅損為：可得銅損為：WVJkVPPwCuwspww17. 3) 3 .12()25. 6)(3 . 0)(22(2222,所以所以22mm/25

41、. 6=mm64. 04=cuAIJ下 頁上 頁返 回 磁通密度和鐵損磁通密度和鐵損 電流最大值為電流最大值為磁通密度為磁通密度為: : Bmg=4p p10-7Hmg=157mT 則則 ImN=5.6666=374A 假設(shè)假設(shè)Hcore=0，則可以得到氣隙中的，則可以得到氣隙中的Hg為為:66. 5=2=IIm)/(1025. 1003. 03745mAgNIHmmg下 頁上 頁返 回g邊緣磁力線邊緣磁力線氣隙處的磁力線分布氣隙處的磁力線分布gg/2g/2氣隙處的磁力線向周圍成氣隙處的磁力線向周圍成發(fā)散狀，該處的磁通密度比發(fā)散狀，該處的磁通密度比磁芯中的要小磁芯中的要小,但磁

42、力線的但磁力線的條數(shù)是相同。條數(shù)是相同。 下 頁上 頁返 回AgAcoreadg/2g/2()()gAagdg經(jīng)過有關(guān)推導(dǎo)可得磁通密度經(jīng)過有關(guān)推導(dǎo)可得磁通密度為：為：gcoregCABBA氣隙中的磁力線分布情況氣隙中的磁力線分布情況類似于圖中的矩形，它的高類似于圖中的矩形，它的高度就是氣隙的長度度就是氣隙的長度g，矩形，矩形的面積為：的面積為：下 頁上 頁返 回查表查表10.1中相應(yīng)的數(shù)據(jù)代入到式中相應(yīng)的數(shù)據(jù)代入到式gcoregCABBA由于由于 Bm.g=157mT，因此可得：因此可得： Bm.core=1.69157/1.5=177mT因沒有直流流過電感，所以，這就是因沒有直流流過電感，所

43、以，這就是Bac的值。的值。最大磁通量為：最大磁通量為： )(1066. 2105 . 1177. 054.WbABcorecoremm下 頁上 頁返 回mTm mWmm-3mWcm-33F3103102110磁功率損耗磁功率損耗Pm1000C101001000102Gs400 10025F(KHz)250C磁通密度最大值磁通密度最大值,Bas圖中，圖中，3F3功率損耗功率損耗曲線表明，當(dāng)溫度為曲線表明，當(dāng)溫度為100、頻率為、頻率為100KHz時的功率損耗為時的功率損耗為245mW/cm3,所以該磁所以該磁芯的功率損耗為芯的功率損耗為3.3W(磁芯體積為磁芯體積為13.5cm3, 見表見表1

44、0.1)。下 頁上 頁返 回10.4.3 電感值電感值L 假設(shè)電感和磁通成線性關(guān)系，則可得：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，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)果實際中須考慮。上式中所得結(jié)果0.31mH比實際所測比實際所測的電感值大，因為氣隙的電感值大，因為氣隙Sg為為3mm。 )(31066. 51066. 2665HINLmmm下 頁上 頁返 回10.4.4 電感的溫度電感的溫度 其中電感的總表面積為其中電感的總表面積為0.006m2(見表見表10.1)，Ts=Tbody=100 , , Ta=40 )/( 1

45、 .20100313100373006. 01 . 56044radWCRoq電感和變壓器的散熱主要靠熱量的輻射和對流。該電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感的輻射熱阻可通過 求出，求出， 44rad)100()100(1 . 5asTTATRDq下 頁上 頁返 回對流熱阻可通過對流熱阻可通過25. 0.)(34. 11TdARvertconvDq求出求出, ,其中，其中，dvert =3.5a=3.5cm，T =60，A=0.006 m2 由對流熱阻和輻射熱阻可求出總熱阻由對流熱阻和輻射熱阻可求出總熱阻Rq qsa=9.8/W又又Ts=Tbody=100，Ta

46、=40 應(yīng)用公式應(yīng)用公式 Tj=Pcond(Rq qjc+Rq qcs+Rq qsa)+Ta 可得可得: Tm.body=(9.8)(3.17+3.3)+40+104)/(3 .19)60035. 0(006. 034. 1125. 0,WCRoconvq下 頁上 頁返 回?zé)狳c溫度大致處于電感中心某處，它的溫度可能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超過表面溫度104，超過的范圍一般在，超過的范圍一般在5-10內(nèi)。內(nèi)。由于鐵氧體的熱傳導(dǎo)率較大，一般超過約由于鐵氧體的熱傳導(dǎo)率較大，一般超過約2左右。左右。磁芯的平均溫度可用磁芯的平均溫度可用106來計算，磁芯的功率損耗來計算，磁

47、芯的功率損耗也要用也要用106來計算。來計算。制造該電感的最初模型，應(yīng)用的條件是制造該電感的最初模型，應(yīng)用的條件是4A，100kHz，Ta=40l熱點溫度熱點溫度電感鐵芯最高溫度電感鐵芯最高溫度下 頁上 頁返 回10.4.5 電感過載時的熱點溫度電感過載時的熱點溫度 l設(shè)計電感設(shè)計電感的基本原則的基本原則不容易燒毀電感或者不容易燒毀電感或者造成電路故障。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，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。要能夠估算該點溫度。 下 頁上 頁返 回mTm mWmm-3mWcm-33F3103102110磁功率損耗磁功率損耗Pm100

48、0C101001000102Gs400 10025F(KHz)250C磁通密度最大值磁通密度最大值,BasS設(shè)過流設(shè)過流25%，I=5A，Bcore=0.221TS增加的電流不會改增加的電流不會改變電感值，但繞組損變電感值，但繞組損耗耗(銅損銅損)將會增加將會增加(5/4)2-1=56.25%(假設(shè)假設(shè)電阻不變電阻不變) SBac增加增加25%下 頁上 頁返 回mTm mWmm-3mWcm-33F3103102110磁功率損耗磁功率損耗Pm1000C101001000102Gs400 10025F(KHz)250C磁通密度最大值磁通密度最大值,BasS當(dāng)當(dāng)Bac=0.221T時，時，的功率損耗

49、的功率損耗(鐵損鐵損)為為440 mW/cm3，即增，即增加至加至1.8倍；倍；()28 . 16-102 . 3=acspBfPS如果通過公式如果通過公式計算計算Psp，則增加，則增加1.77倍。倍。下 頁上 頁返 回S當(dāng)電流為當(dāng)電流為5A，頻率為，頻率為100kHz時時,功率損耗總和為功率損耗總和為: P=Pw+Pcore=3.171.56+3.311.8=10.9WS如果如果Rq qsa=9.8/W，Ta=40，Ts=Tbody=100，則最高熱點溫度將從電流為則最高熱點溫度將從電流為4A時的時的106變?yōu)樽優(yōu)?A時時的的147。S為了保證過載時溫升不超過為了保證過載時溫升不超過60，則

50、必須保證熱，則必須保證熱阻阻Rq qsa不大于不大于5.5/W。S在自然冷卻不能滿足要求的情況下，可使用風(fēng)扇，在自然冷卻不能滿足要求的情況下，可使用風(fēng)扇，或者增加和加大散熱片的散熱面積，并在做好模型或者增加和加大散熱片的散熱面積，并在做好模型后，須對該電感作預(yù)燒試驗。后，須對該電感作預(yù)燒試驗。下 頁上 頁返 回10.5.1 電感設(shè)計基礎(chǔ)：電感的儲能電感設(shè)計基礎(chǔ)：電感的儲能電感中所儲存的能量和電流的大小和感值的大小電感中所儲存的能量和電流的大小和感值的大小都有關(guān)，首先考慮以下表達式：都有關(guān)，首先考慮以下表達式： 繞線的匝數(shù)可從繞線的匝數(shù)可從N=kcuAw/Acu中推出中推出; ; 電感中的磁通量

51、可求出，電感中的磁通量可求出，=AcoreB ; ;銅線的橫截面積為銅線的橫截面積為Acu ; ;mmLI下 頁上 頁返 回可得到電流密度可得到電流密度為為J=I/ACu ; ;經(jīng)過簡單的變化經(jīng)過簡單的變化, ,可得到電感儲能公式：可得到電感儲能公式： Bm的單位是的單位是T Acore的單位是的單位是m2 ; ; J的單位是的單位是A/mm2 ; ;Aw單位是單位是mm2 。面積因素面積因素AP為：為： AP=AwAcorecorewmCumAAJBkILI下 頁上 頁返 回LImI=kcuJBmAwAcoreAP=AwAcore其中，其中， L，Im，I必須要設(shè)計；必須要設(shè)計；電流密度電流

52、密度J，磁通密度，磁通密度Bm是產(chǎn)品材質(zhì)的物理參數(shù)；是產(chǎn)品材質(zhì)的物理參數(shù)；kcu,、Aw、Acore是產(chǎn)品的幾何參數(shù)。是產(chǎn)品的幾何參數(shù)。設(shè)計電感的基本公式設(shè)計電感的基本公式大多數(shù)情況下，一般使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的磁芯，設(shè)計大多數(shù)情況下，一般使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的磁芯，設(shè)計電感的基本公式就會變得簡單。電感的基本公式就會變得簡單。 下 頁上 頁返 回下式說明電流密度下式說明電流密度J和磁芯的幾何尺寸之間的關(guān)系：和磁芯的幾何尺寸之間的關(guān)系：應(yīng)用上兩式和式應(yīng)用上兩式和式LImI=kcuJBmAwAcore 可得：可得：akkJCu5=下式說明磁通密度下式說明磁通密度Bm和磁芯尺寸之間的關(guān)系：和磁芯尺寸之間的關(guān)系：4

53、. 052. 04afkBaccukfaCILI52. 03.1m下 頁上 頁返 回電感和周圍環(huán)境之間的溫差固定；電感和周圍環(huán)境之間的溫差固定；磁芯所有幾何參數(shù)都可通過磁芯特征尺寸磁芯所有幾何參數(shù)都可通過磁芯特征尺寸a求出；求出；忽略渦流損耗。忽略渦流損耗。 得到得到等式等式 具備的具備的條件條件 ：cukfaCILI52. 03.1m下 頁上 頁返 回10.5.2 電感設(shè)計例程電感設(shè)計例程 總結(jié)設(shè)計的條件和要求總結(jié)設(shè)計的條件和要求計算儲能值計算儲能值LImI選擇磁心材質(zhì)選擇磁心材質(zhì), ,型號及尺寸型號及尺寸求單位體積功率損耗求單位體積功率損耗Psp計算磁心的交流磁通密度計算磁心的交流磁通密度

54、Bac計算磁心最大磁通密度計算磁心最大磁通密度Bm設(shè)計繞組參數(shù)設(shè)計繞組參數(shù)(kcu,Acu,N)計算最大電感值計算最大電感值設(shè)計氣隙長度設(shè)計氣隙長度調(diào)整調(diào)整L值值開始開始結(jié)束結(jié)束下 頁上 頁返 回第一步：總結(jié)加在電感上的各種輸入條件第一步：總結(jié)加在電感上的各種輸入條件 電感值電感值L 額定峰值電流額定峰值電流Im 額定直流額定直流Idc 額定電流有效值額定電流有效值I 工作頻率工作頻率f 電感本身的最高表面溫度電感本身的最高表面溫度Ts 最高環(huán)境溫度最高環(huán)境溫度Ta根據(jù)電感所在的根據(jù)電感所在的電路不同而不同電路不同而不同假設(shè)最高表面溫假設(shè)最高表面溫度為度為100。+最高溫度取決于電路中的其它元

55、件和電感本身所最高溫度取決于電路中的其它元件和電感本身所用的材料，包括周圍環(huán)境的溫度。用的材料，包括周圍環(huán)境的溫度。下 頁上 頁返 回第二步：計算電感的儲能值第二步：計算電感的儲能值LImI為了設(shè)計電感的儲能能力，在為了設(shè)計電感的儲能能力，在LImI中，中，Im為電流峰值，為電流峰值，I為電流最大時的有效值。為電流最大時的有效值。 第三步：選取磁芯的材質(zhì)、型號及尺寸第三步：選取磁芯的材質(zhì)、型號及尺寸8首先確定磁芯的首先確定磁芯的材質(zhì)和型號，然后材質(zhì)和型號，然后再確定磁芯的尺寸再確定磁芯的尺寸大小。大小。024 6 824 6 82100100051015202530P F頻率頻率kHzA:3C

56、85 B:3F3 C:3C10 D:3B8E:3F4 F:N47ABCDEF下 頁上 頁返 回024 6 824 6 82100100051015202530P F頻率頻率kHzA:3C85 B:3F3 C:3C10 D:3B8E:3F4 F:N47ABCDEF6較低頻率時，可采用磁鋼，鐵粉芯，淬火金屬較低頻率時，可采用磁鋼，鐵粉芯，淬火金屬片等。片等。6高頻時，一般使用鐵氧體磁芯。高頻時，一般使用鐵氧體磁芯。下 頁上 頁返 回6此處的此處的LImI值已在第二步中算出。值已在第二步中算出。6根據(jù)公式根據(jù)公式LImI=kcuJBmAwAcore和所選磁芯各種數(shù)據(jù)，和所選磁芯各種數(shù)據(jù)，計算計算kC

57、uJBmAwAcore的近似值，比的近似值，比LImI略大。略大。 下 頁上 頁返 回 電感設(shè)計過程中需要用到的有關(guān)磁芯的數(shù)據(jù)表電感設(shè)計過程中需要用到的有關(guān)磁芯的數(shù)據(jù)表 磁芯序列磁芯序列8右上角的右上角的a表示表表示表10.1中的特征尺寸且中的特征尺寸且a=1cm 磁芯序列 材質(zhì) corewAPAACTRD60qCTRspD60spPCTJ及D60kHzCTBac10060及D8a 3F3 2.1cm4 9.8/W 237mW/cm3 3.3/Cuk170mT0.0125CukKCuJBmAwAcore 下 頁上 頁返 回表中的表中的J、Bac以及以及kCuJBmAwAcore在計算時，假設(shè)電

58、感在計算時，假設(shè)電感的功率損耗是平均分配的，也就是的功率損耗是平均分配的，也就是Pw.sp=Pcore.sp，此時，此時得到的得到的kCuJBmAwAcore是最大值，同時假設(shè)最高表面溫是最大值，同時假設(shè)最高表面溫度為度為Ts，則總的最大功率損耗為，則總的最大功率損耗為PT=(Ts-Ta)/Rq q。 下 頁上 頁返 回通過公式通過公式 計算出的儲能和數(shù)計算出的儲能和數(shù)據(jù)表中的據(jù)表中的kCuJBmAwAcore值差不多相等，它與銅線填充值差不多相等，它與銅線填充系數(shù)系數(shù)kCu有關(guān)。銅線填充系數(shù)的值大約在有關(guān)。銅線填充系數(shù)的值大約在0.30.6的范的范圍內(nèi)變化，使用絞線大約圍內(nèi)變化，使用絞線大約

59、0.3，使用單根的銅線大約，使用單根的銅線大約0.6，如果使用銅箔的話，則會更加大一些。，如果使用銅箔的話，則會更加大一些。cukfaCILI52. 03.1m注意注意 kCuJBmAwAcore和兩個因素都有關(guān)，如選用絞線，則和兩個因素都有關(guān)，如選用絞線，則需要選用尺寸更大一些的磁芯。需要選用尺寸更大一些的磁芯。下 頁上 頁返 回第四步：計算熱阻第四步：計算熱阻Rq q 和功率損耗和功率損耗Psp)(.spwcoresaasspwspcoreVVRTTPPPq8根據(jù)根據(jù)10.3節(jié)中說講的方法來計算磁芯和線圈的總節(jié)中說講的方法來計算磁芯和線圈的總熱阻熱阻Rq qsa ; ;8可從表可從表10.

60、3中查到熱阻中查到熱阻Rq qsa、Ts、Ta、Psp ；8通過下式計算：通過下式計算： 下 頁上 頁返 回第五步：磁芯的交流磁通密度第五步：磁芯的交流磁通密度8磁芯的磁通密度可以表磁芯的磁通密度可以表10.3中查到。中查到。8根據(jù)上步中求出的允許最大功率損耗以及圖根據(jù)上步中求出的允許最大功率損耗以及圖10.3中的數(shù)據(jù)（磁芯廠家提供）求出，中的數(shù)據(jù)（磁芯廠家提供）求出，8根據(jù)下列等式計算根據(jù)下列等式計算: :()5 . 23 . 16-105 . 1=acspBfP()28 .16-102 .3=acspBfP下 頁上 頁返 回第六步：計算磁芯的磁通密度峰值第六步：計算磁芯的磁通密度峰值Bm電