【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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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。）

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• 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。

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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。
• 推荐牛客网刷题(点击可以跳转)的硬件刷题板块。
  
  参考链接: 电感6大功能一次讲透