电感器设计流程和见解

出处:网络整理 发布于:2024-09-09 16:45:49

  电感器的设计是在 1927 年使用汉纳曲线等试错法完成的 [1]。后来引入了面积积法和磁芯几何常数法等更可靠的设计技术。
  电感拓扑
  为了分析这些方法,建立了电感器的等效磁路模型,并研究了各个元件之间的关系。
  电感器的设计受电气、机械和热要求的制约。一般而言,任何电感器的设计都涉及以下步骤
  磁芯材质选择
  磁芯形状选择
  磁芯尺寸选择
  绕组线选择
  对于开关模式电源转换器系统,电感器通常在线性区域内工作。由于闭环动态受电容和电感值控制,因此电感值应尽量小。此外,电路中的电感值决定了电路的工作模式。这意味着设计大电感值以防止在非连续传导模式下工作。

  同样,为了确保动态性能,电感在较高负载下应较小,反之亦然。当所有这些都是设计的关键要求且不能妥协时,则采用非线性电感器代替线性电感器。图 2 显示了非线性电感器特性的示例。

  图 2. 非线性电感器特性示例
  电感器关键元件和概念
  磁线是指主要由铜制成并涂有绝缘聚合物层的漆包线。绕组由各种形状的磁线制成,包括圆形或方形横截面、矩形箔,甚至绞合线。
  裸铜线表面使用绝缘层来防止短路或击穿。磁芯用于限制和引导磁场,几何形状和磁性材料的选择取决于预期应用的要求。
  磁芯材料的选择取决于:
  工作频率
  显著谐波
  相对磁导率
  磁通密度峰值
  磁通密度的振幅由温升限度决定
  根据设计约束条件选择铁氧体材料和铁粉材料
  的选择取决于以下要求:
  尺寸
  形状
  体积
  绕线窗口注意事项
  气隙
  绕组导体的选择取决于以下要求:
  导体形状
  导体尺寸
  绝缘
  层数
  每层匝数 [2]
  设计流程和见解
  电感器的设计取决于特定应用的要求,可以使用法拉第方程来确定。在谐振电路的情况下,电感可以通过频率和品质因数来确定。
  为了使用面积积法,在计算窗口因数和波峰因数时,电感器磁芯必须处理的能量用于确定面积积值。然后,估算绕组细节——包括所需导线的横截面积、气隙、每层的匝数等。进行简要检查以验证基于面积积不等式要求的磁芯和绕组尺寸计算。在文献中可以找到用于计算目的的更多细节、推导和方程,包括参考文献 [1] 和 [2]。
  由于磁芯的磁导率并非恒定不变,设计可能无法提供准确的电感值。可以通过调整气隙来实现微调。有些铁氧体磁芯的气隙已预先调整,可以直接使用,并根据电感系数要求进行调整。
  值得注意的是,对于电感器,气隙是在铁芯组装时设计的不同类型的叠片之间加入的,气隙长度在很大程度上取决于铁芯的几何形状。绕组导线尺寸的选择也取决于目标铜损和允许的电阻值。
关键词:电感器

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