佛山市順德喬晶電子有限公司
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                      非晶、納米晶磁心選型設計

                      【發表評論】 作者:佚名 來源:網絡 發布時間:2008-11-10 10:42:10
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                      1引言
                      本文介紹用于磁放大器、尖峰抑制器、濾波電感、有源PFC 電感等器件采用的非晶、納米晶磁心的選型設計。

                      2電壓調節器中磁放大器磁心選型設計
                      2.1磁心選型設計
                      a、已知條件:輸出電壓V0、輸出電流I0、工作頻率F、占空比Dmax。
                      b、決定變壓器的次級電壓(以單端正激電路為例)
                      Vi≥{V0(1+KC)+VF}/Dmin (1)
                      Vi:變壓器次級電壓,KC:富裕系數或稱調節余量(通常取0.2),VF:整流二極管壓降,Dmin:最小占空比(發生在輸入電壓最大時),V0:要求的輸出電壓。
                      c、決定被砍掉的電壓(被調節的電壓)Vreg
                      Vreg= Vi×Dmax- V0= V1 - V0 (2)
                      式中V1=Vi×Dmax。
                      d、計算磁心所需的磁通量△φ
                      ∵V0= Vi×Dmax-V砍= Vi×Dmax- Vreg
                      = Vi×(ton/T)-Vi×(tτ/T)
                      ∴Vreg= Vi×tτ/T
                      由電磁定律知Vi×tτ=△φ
                      ∴Vreg×T=Vi×tτ=△φ
                      寫成△φ= Vreg/F (3)
                      最后得到被砍掉電壓折算成磁通量的式子,即電路調節中所需磁通量為△φ。
                      ∵磁心的單匝磁通量為2φm(有時簡稱φm)今設計磁通量為△φ,則總有一個N存在使:
                      N×φ≥△φ (4)
                      e、選擇磁心的尺寸
                      (1)先選擇內徑
                      設磁心的窗口面積為Wa。其中的一部分面積是由導線的截面積充填占據。充填系數用Kf表示,也叫有用系數,Kf常取0.4。就有Wa×Kf=所繞N條導線的截面積。
                      已知輸出電流為I0,導線的電流密度為J,則一條導線所占面積為I0/J。設繞了N匝,則Wa×Kf=N×I0/J,寫成:
                      Wa= N×I0/J× Kf (5)
                      式(4)決定了磁心的內徑.因為一個確定的窗口面積Wa,必有一個確定的磁心內徑與之對應。公式(5)是用電流I0等已知參數計算出了窗口面積Wa。從而選定了磁心內徑。
                      (2)選擇外徑
                      由式(5)已知Wa= N×I0/(J× Kf)
                      當Kf=0.4,J=6A/mm2時,Wa=N×I0/2.4
                      將此式左邊乘以Nφm,右邊乘以△φ(∵N×φm=△φ),則有N×φm×Wa=△φ×N×I0/ (Kf× J),兩邊約去N得:
                      φm×Wa=△φ×I0/ (Kf ×J) (6)
                      而△φ×I0/ (Kf×J)是電路設計時計算出來的。一款磁心其φm×Wa的值使(6)式成立。則外徑也選定了。
                      由于φm=B×Ae Ae 是磁心的有效截面積。
                      Ae= (外徑-內徑)/2×h×K(K稱充填系數,通常在0.7-0.8之間),h是磁心高度。
                      當Wa確定后,內徑也就確定了。
                      于是Ae只與外徑和磁心高度有關了。
                      當h選定后,一個確定的Ae 就有一個確定的外徑。
                      這樣由△φ×I0/ (Kf×J)的計算值就確定了磁心的尺寸。

                      f、決定匝數N
                      先求最小匝數Nmin
                      由式(3)知N×φm≥△φ。式中的φm是由(3)式計算出來的最小磁通量;騈≥△φmin/φm,則:
                      Nmin=△φmin/φm(取整數) (7)
                      現在求Nmax
                      ∵式(4)中的△φ=Vreg/F或V砍/F
                      而Vreg=V砍=V1-V0=VS×Dmax-V0,(式中V1為最大輸出電壓),得V0= VS×Dmax-V砍
                      當V砍= VS×Dmax時,V0=0,即是說磁心的調節作用最多只能把VS×Dmax這個電壓砍掉,此時的△φmax=V砍 max/F=VS×Dmax/F
                      φmax= VS×Dmax/F= V1/F (8)
                      此時Nmax=△φmax/φm (9)

                      g、決定導線直徑D
                      設繞線采用單股則導線截面積Aw=I0/J
                      由I0計算出的導線截面積Aw=I0/J0
                      由導線直徑計算出的截面積Aw=Dπ2/4
                      兩個截面積應相等,得到Dπ2/4=I0/J ,D=√(4I0/πJ)
                      設J=6 A/mm2,則d=0.46√ I0

                      h、計算死角
                      當正向電流來到時,我們希望磁心立即飽和,但這辦不到,只有當正向電流到達一定值,H=HS時磁心才飽和或者說只有當磁心的B值從Br到達Bm 時,才能飽和,從Br到Bm差(1-Br/Bm)到達Bm,磁通量差φm×(1-Br/BM)到達φm,N匝線圈就差N×φm×(1-Br/BM)到達Nφm,當變壓器次級電壓為Vi時,則Nφm×(1-Br/BM)=Vi*td
                      注意N×φm×(1-Br/BM)也是一個磁通量,它等于電壓和時間的乘積,變換上式得到:
                      td= Nφm×(1-Br/Bm)/Vi (10)
                      td被稱為死時間。
                      Vi*td/T= Vd (11)
                      稱Vd為死角電壓。(T為周期)
                      有點象二極管的管壓降一般,每個磁心都有,且和工作頻率有關。
                      ∵Vd= Vi* td/T= Vi× td×f, f越大,td越大。
                      如果下式滿足,則死角影響可以忽略:
                      即Vi=[V0(1+KC)+VF+Vd]/Dmin
                      KC為富裕系數
                      VF為整流二極管壓降
                      Vd為死角電壓
                      i、計算復位電流
                      ∵磁滯回線負x方向任意一點所對應的反向磁場Hr=N×Ir/Al
                      la:磁心有效磁路長度(米)
                      ∴Ir=Hr×la/N (A)
                      式中Hr單位為A/M(安/米)
                      la單位為M
                      Ir單位為A
                      要求得Ir必須知道Hr,有兩種求法:
                      1)取Hr=HC磁心的矯頑力,則:
                      Ir=Hc×l/N (12)
                      2)Hr可由△φmin或△φmax計算出
                      (φmin、φmax分別由3、8式計算出)
                      Hr=[0.1502×(fsw)0.57×(△φ)0.7/(N×Ae)0.7]×79.6 (13)
                      (乘以79.6是將奧斯特化成安/米。)
                      再由式(12)計算復位電流。

                      3采用可飽和磁心作調節元件
                      三種典型電路中
                      a、被砍去電壓Vreg的計算公式
                      b、所需磁通量△φ的計算公式
                      3.1單端正激電路(半波整流電路)
                      已知:VS:變壓器次級對地電壓,V0:輸出電壓,Dm:最大占空比,F:工作頻率。被砍去電壓由下式計算:
                      Vreg=VS-V0,
                      所需磁通量由下式計算:
                      △φmin=(VS×Dm-V0)/F
                      △φmax=(VS×Dm)/F
                      3.2全波整流,單邊磁心調節
                      因為輸出V0是兩個半波整流輸出的共同貢獻。其中一個半波的貢獻是VS×Dm,帶有磁心的另一半波貢 獻是VS×Dm-Vreg,(VS是對地電壓)
                      ∴V0=VS×Dm+(VS×Dm-Vreg)
                      我們只須研究被砍掉電壓的那個半波整流的情況,這個半波的輸出等於總輸出V0減去另一半波的輸出;
                      即 VS×Dm-Vreg=V0-VS×Dm,
                      則被砍去電壓:Vreg=2×VS×Dm-V0
                      對於ATX電源 (2×VS×Dm)=5v,V0=3.3v,Vreg=1.7v。
                      所須磁通量: △φmin=Vreg/F=(2×VS×Dm-V0)/F
                      △ φmax=(VS×Dm)/F。
                      (對於通常的ATX電源VS×Dm=2.5v)
                      3.3全波整流雙邊磁心調節
                      因為輸出V0是兩個半波的共同貢獻,且認定這兩個半波是完全對稱的,相等的,所以只要討論一個半波電路中的磁心就可以了。
                      ∵V0=V0/2+V0/2
                      一個半波的輸出電壓表達式是:
                      V0/2=VS×Dmax-Vreg
                      所以被砍電壓 Vreg=VS×Dma-V0/2=(2×VS×Dm-V0)/2
                      對於ATX電源2×VS×Dm=5v,V0=3.3v。
                      所須磁通量△φmin=[(2×VS×Dm-V0)/2]/F
                      =(2×VS×Dm-V0)/2F
                      △φmax=(VS×Dm)/F

                      4磁心選型設計軟件使用方法
                      4.1軟件使用說明
                      本軟件是在Excer基礎上編寫的,是想讓更多的使用者容易掌握,達到普及目的。
                      打開軟件后可以明顯看到三張“黃牌”,分別說明它們的使用范圍,畫面的左面有一個紅色表格寫著‘必需輸入’和‘參考輸入’,使用

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