【电源设计】09磁芯元件在开关电源中的应用
0.前言
本章主要介绍电感相关知识以及其在电源电路中的应用与计算。
本文同时作为《【元器件】6.电感》章节。
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文章目录
- 0.前言
- 1.磁元器件应用场合
- 2.功率变换器中的磁元件种类
- 3.磁元件介绍
- 3.1EMI滤波电感
- 3.2PFC功率电感
- 3.3谐振电感
- 3.4直流滤波电感
- 3.5变压器
- 4.总结
- 结束语
1.磁元器件应用场合
2.功率变换器中的磁元件种类
- EMC滤波电感:
①共模电感
②差模电感
③复合滤波器 - PFC电感
- 谐振电感
- 变压器
- 输出滤波电感
3.磁元件介绍
3.1EMI滤波电感
- 以下两种电路主要应用在单相电流输入的电路中:
- 下面电路主要应用在三相电压输入的电路中:
- EMI滤波电感关键参数(设计希望饱和电流越大越好):
共模电感:铁氧体磁芯、纳米晶磁芯
差模电感:棒形铁氧体、铁基非晶磁芯 - EMI滤波的作用:
滤除开关电源本身的电磁波,防止其进入电网;
滤除由电网传输过来的电磁波,防止其干扰电源; - EMC测试:
传导、辐射是测试电源对外部的干扰
雷击、浪涌、脉冲群是测试外部对电源的干扰 - EMI共模电感设计需注意电感特性:
频率范围:100kHz~1MHz
阻抗特性:在150kHz~30MHz时特性
谐振频率、不平衡电流、损耗等 - 功率“地”与控制“地”串扰(两地用高频磁珠进行连接):
- 驱动电路:在开关管驱动回路串磁珠(利用高频高阻低频低阻的特性,增加栅极回路的高频阻抗,从而加速栅极高频振荡的衰减)
- 磁珠推荐:L0806B6R8JSWST
- 有一种圆柱状磁珠,主要是在测试电磁辐射的时候,将圆柱磁珠套在MOS管或二极管的管脚上,可以对高频开关噪声信号产生抑制。
3.2PFC功率电感
- PFC功率电感作用:在开关管导通的时候存储能量,在开关管关断的时候释放能量。起到BOOST电路的特性,实现对输入电压的升压。由于PFC电感连接着输入端,因此可以起到很好的将输入电流跟踪输入电压的功能,以达到实现功率因素矫正的目的。
PFC功率级拓扑:
- 零点相移会对THD指标有影响,不影响电感特性分析(输入电流跟踪输入电压)。
- 电感电流局部放大,电感电流纹波。
- PFC电感电流波形特点:
大电流纹波
大直流偏磁(且一个周期内不一致,在交流电压过零处电感量最大,在交流电压峰值处,电感量最小。)
- 可减小输入电流的高频纹波幅值,其次两路PFC电感的体积仅为相同功率传统PFC的1/4,总体积可以减小一半。且两电感更有利于电感的热设计。
PFC电感的主要电气性能指标及其作用:
- 电感电流特性:
L-I特性曲线(L@OA,IratinguIsat- 这些主要是纹波控制
- 电感阻抗特性
@100kHz~30MHz- 最低谐振频率
1MHz or Higher- 这些主要是EMC控制
- DCR &Q
- 总损耗PLoss
Pcoil + Pcore- 这些主要是损耗设计
- PFC电感的电流特性
铁硅合金具有分布式气隙
高饱和磁通密度
出色的直流偏置特性(偏执越大,电感量越小)
损耗比铁粉芯更小
良好的温度稳定性
- 因为一个周期内偏磁L是变化的,所以增益是变化的,所以需要补偿算法。
3.3谐振电感
- 半桥LLC谐振电感
- Lr与Cr组成谐振电路,所以产生一个比较大的近似交流的正弦波电流
- 谐振电感电流波形特点:
大电流纹波
无直流偏磁 - 谐振腔参数确定:
(LLC拓扑中,是利用工作频率的变化去稳定输出电压的,不使用PWM控制,而是PFM(脉冲频率调制)进行LLC的控制。)
- 要保证系统处于ZVS区域,即一直处于感性区域,否则低于fm频率点,会进入A=ZCS容性区域,产生可靠性问题。
- k值:
- 谐振电感设计要点
磁芯的选取
线径的选取
电感线圈绕制方式
3.4直流滤波电感
- EMI滤波电感(推荐IHLP-2525CZ-11):
- 输出电感电流波形特点:
小电流纹波
大直流偏磁
3.5变压器
略,见后章。
4.总结
EMI滤波电感
共模电感
差模电感
磁珠功率电感
结束语
- 以上就是磁芯元件的相关的内容。
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参考链接: 电感6大功能一次讲透
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