主要电感损耗计算方法课件.ppt

报告人：产品一部一课 封宁波 ? 电感损耗的理论计算与验证 研究目的 UPS 中主要功耗元件如晶体管、电感及变压器的损耗计算 在我们公司一直是一个难题。为了提高设计的准确性，有必 要对元件的功耗提供一个经过验证的规范性计算方法。 目前电感损耗计算与验证部分已完成，借此机会和同事们 交流探讨，以使工作完成得更好。考虑到我们公司 90 ％以上 的电感都是采用 Micrometal 的磁芯，因此在试验中以 Micrometal 的磁芯做研究对象，对于其它公司的磁芯，其计 算公式可能有异。 主要内容 1 、电感损耗的组成 2 、 PFC 电感的计算方法 3 、 INV 电感的计算方法 4 、试验验证结果 试验验证是由机构课的张召及技术中心的杨弘两 位同事采用量热法完成，试验结果与理论计算结果符合 得比较好。 电感损耗的主要组成 电感损耗主要由磁芯损耗和线圈损耗组成，磁芯损耗包 含磁滞损耗和涡流损耗。对于粉芯类磁芯，由于磁材料间绝 缘阻抗很大，涡流损耗几乎可以忽略。 磁滞损耗与频率和交流磁通密度⊿ B 有关，与其直流工 作点磁通密度 Bdc 关系不大。 Micrometal 公司的铁粉芯磁心损 耗计算经验公式如下： 其中 a,b,c,d 为 Micrometal 提供的磁芯损耗参数，其值依铁 心材质而异。 f 为开关工作频率， B （单位为 Gauss ）为一个开 关周期内交流磁通密度的峰值，它是单个开关周期内磁通密 度变化量的一半 ( ⊿ B=2*B) 。当 B 值确定之后，电感的磁芯损 耗也就确定了。 （ 1 ） 2 2 65 . 1 3 . 2 3 core_loss ) ( P B df B c B b B a f B ? ? ? ? 线圈损耗 线圈的损耗是由电流在导线上产生的。通常，流过电感 的电流包括工频或直流成分的低频电流和开关频率的高频电 流。由于集肤效应的存在，使得交流阻抗大于直流阻抗 。 在 70 ℃时铜导线的集肤深度计算如下： f 9 . 70 s ? 其中 f 为开关频率，在 19.2KHz 时，其集肤深度为 0.512mm 。试验所用电感的绕线线径最大约为 2 倍集肤深度 ，其交流阻抗为直流阻抗的 1.05 倍左右，因此在计算时忽略 高频纹波电流的影响。 Note ：当交流阻抗明显大于直流阻抗、且最大纹波电流百 分比大于 20 ％，需考虑交流阻抗带来的影响。 （ 2 ） PFC 电感的损耗计算 磁芯损耗： 在一个工频周期里，输入电压及控制脉宽均在变化，因此不同 PWM 周期里 B 值及引起的磁滞损耗均在变化。此时可以用平均 磁滞损耗来衡量，计算方法如下： 当输入电压等于 Bus 电压一半时， PFC 电感交流磁通密度峰 值达到最大值，其表达式如下： Fpfc Ae N U B bus * * * 8 peak ? （ 3 ） PFC 电感铁损计算 （ 4 ）输入电压 （ 5 ）占空比 （ 6 ）交流磁通密度峰值 (4)(5)(6) ? (7) (7) PFC 电感的铁损计算 其中 Ve 为磁芯体积。将其按照 PWM 周期离散化再累加， 即可得到工频周期里的磁芯损耗。考虑到 PWM 的频率远 大于市电频率（ 19.2kHz50Hz ），可以采用积分来代替 离散求和。假设市电输入正负半周对称，电感的平均铁损 计算如下： 根据式 (1) ，电感铁损的计算如下： Ve t B P t loss core fe * )) ( ( ) ( P ? ? （ 8 ） T dt t P T fe avg fe ? ? 2 / 0 _ ) ( * 2 P （ 9 ） PFC 电感的铜损计算 试验所用电感的线径在 19.2KHz 频率下其交流阻抗约等于 直流阻抗（ 1.05 倍），因此不考虑电流纹波对铜损的影响，其 计算公式如下： cu in loss cu R I * P 2 _ ? （ 10 ） S Length cu ? ? R （ 11 ） Length 为绕线长度， S 为绕线半径， ρ 为铜导线的电阻率， 20 摄氏度 ρ ＝ 1.678 ? /m 。通常电感工作时其温度都大于 20