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boost电源磁芯选择设计实例

开关电源设计第三版257页

       BOOST设计实例:

  输入电压100V

  输出电压200V

  开关频率50KHZ

  平均负载电流Idc=10A

  纹波电流DIL=15%=1.5A

  温度不超过40℃

   占空比计算D=(Vo-Vi)/Vo= (200-100)/200=0.5

   周期计算T=1/50khz=20us

 

  开通时间Ton=T×D=20us×0.5=10us=dt

(1)电感计算:

        通常VL=ldi/dt

        V=LdIL/ dt         所以L=V×dt/dIL=100×10/1.5=666UH=0.666MH

(2)磁芯储能计算             W储能的能量单位MJ    L电感量MH       I为A

      W=1/2LI²        W=1/2×0.666×10²=33.33mj

(3)以温升为参数计算磁芯尺寸选择。

     根据259页图7.37坐标。30℃和31MJ的交叉点得到磁芯面积AP=14CM④

     根据表7.12E形铁粉芯磁芯(美国微金属公司)   

    磁芯面积AP=14CM④对应的磁芯为E220

(4)计算初级匝数

    查表E220  A∫为初始导磁率240×10-⑨

    L=N²A∫            所以N=√ ̄L/A∫=1000×√ ̄0.666/240=53匝  

(5)磁芯损耗计算

   Bac为磁通交流摆幅       V为L两端的电压100V     开通时间Ton为10us      N=53匝      Ae=360mm²(这里表格是3.6)计算公式缺是360

     Bac=Vton/NAe     Bac=100(10)/53 (360)=0.0524T=524G

提示:由于交流状态引起的磁通变化以平均磁通为中心。这里由直流输出电流决定本例为10A。(BUCK和BOOST为扼流圈含有直流成分)。

查261页图7.39铁粉芯材料损耗曲线图在水平坐标轴上找到524G  50KHZ的损耗为600mW/cm³    由于是单端场合损耗为1半即300mW/cm³  

    总损耗为47.7×300×10﹣³=13.4W

 (6)线径

   由259页表7.12得知E220磁芯窗口面积为4.09cm²窗口有效面积为60%=2.45cm²

   Acu/n=2.45/53=0.0462cm²

  由220页表7.9得知#11AWG线最接近其电阻为4.13豪欧/m

由于交流应力大应考虑集肤效应,通常采用多股细线并绕到同样的铜面积而不采用一根大线并且#11号线很难绕制。

(7)铜损

  由259页表7,12得知E220磁芯每匝绕组平均长度为11.5因此绕组长度为

        N×MLT=53×11.5=610CM          6.095×0.00413=0.025欧

因此铜损为I²Rcu=10²×0.025=2.5W

结论;正如我们所料13.4W的磁芯损耗超过2.5W的铜损很多。很明显这不是最佳设计。它们的发热量不等。

遇到这种情况,有下面几个解决方法:

①:磁芯损耗和铜损近似相等时最佳。

②:更好的方法是采用磁导率较低的材料以降低磁芯损耗。当然导磁率低了线圈匝数就多了铜损增加,磁损减少。

也不知道字体怎么调整,想调大点。没看见选项。

重新计算新匝数

使用#8材料设计 计算N=69匝。Bac=400G   磁芯损耗为4.53W。铜损为4.4W

可以认为这是效率最佳设计。

   

  

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2017-09-11 00:05
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