功率磁性器件优化设计.pdf

开关电源功率磁性器件优化 设计指南及案例 张文学张文学教授 北京动力源总工程师 Outline • 序言 • 功率磁件 直流工频电感 设计案例1 设计案例2 变压器变压器 设计案例 交流电感交流电感 设计案例 序言 • 世界统一于能量 • 21世纪是能源世纪 • 能源技术包括能源的开发能源技术包括能源的开发、转换转换、传输传输、应用应用，后三者日趋电力电子后三者日趋电力电子 化 • 能源技术——IT技术，电力电子技术——微电子技术，电力半导体器 件——CPU •• 优化设计优化设计‐‐‐‐‐‐通过从方案到器件的综合优化使产品的综合性能与综合通过从方案到器件的综合优化使产品的综合性能与综合 成本比值最大化 功率磁件 • 直流工频电感： 储能效率 • 变压器变压器： 效率效率//温升温升，体积重量体积重量，成本成本 • 交流交流电感感： 效率效率/温升，体体积重量，成本本 功率磁件 储能 电路 磁场 !!能量储存在气隙中 均匀气隙，磁路中1个或多个平行气隙 气隙 非均匀气隙，磁路中一个或多个不平行或分布气 准线性电感 非线性电感 隙 功率磁件—直流电感 优选磁材 准线性电感准线性电感：高磁密铁氧体高磁密铁氧体，非晶类非晶类 非线性电感：铁粉芯类，铁硅、铁硅铝等合金类 在储能、效率、温升相对合理下，二者体积相差不大，但铁氧体 成本最低，效率最高，温度敏感 UPS等输出电感有成倍过流要求的宜用非线性类； PFCPFC、、光伏逆变等无过流要求的宜用线性类光伏逆变等无过流要求的宜用线性类 直流电感:设计案例一 3KW，220/48V, 电源PFC电感 磁材优选: 某型高磁密铁氧体 直流电感:设计案例一 3KW，220/48V, 电源PFC电感 磁材优选: 某型高磁密铁氧体 磁芯尺寸, 自开模u-u型, 插入铁芯图片插入铁芯图片 u-u型磁芯尺寸尺寸 直流电感:设计案例一 3KW，220/48V, 电源PFC电感 电路优化电路优化： 可用磁密:0.4T ＠ 100℃,28A 直流电感:设计案例一 3KW，220/48V, 电源PFC电感 电路优化电路优化： 磁材优选: 某型高磁密铁氧体 电感储能: 气隙储能密度常数气隙储能密度常数： 400mJ / cm3 @ 1T 气隙体积: 3 64mJ / cm @ 0.4T 气隙长度: 即2个1.3mm的气隙 电感系数: 匝匝 数数:: 取取30T30T 直流电感:设计案例一 3KW，220/48V, 电源PFC