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电感设计中有哪些常见问题

2025-03-25 02:13:52

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回答1：

电感设计中有哪些常见问题

电感器的频率特性主要由三个因素影响：

A、磁芯材料损耗的影响是最主要的，它导致Q值从最大值后呈现负斜率。

B、介电损耗也是影响的因素，特别是在高频段尤为明显。

C、第三个影响因素是分布电容和电感的自谐振效应。

自谐振频率对电感器的性能起到负面影响，自谐振频率是由分布电容和自感所决定，而分布电容是由绕线方法所决定的。尽量减少分布电容是绕线设计中非常重要的考虑目标。对于环型磁粉芯的绕线，它的有效电容是与电感并联的，这个分布电容是线与线之间，层与层之间和绕线本身与磁粉芯之间的电容之和。

好的绕线设计技术就是要尽量缩小圈数之间的电压，力求尽量减少分布电容，比如将绕线划分成几组，或者使用绕线排更可以有效较少电容量。在绕线和内部分段连接技术中，应尽量避免使输入端与输出端靠的太近，因为在着两个部分具有圈与圈间最大的势能，并因此而分布最大的有效电容值。同时，湿度指标和灌封与封装材料的绝缘常数也会提高分布电容值。

对于精密绕线磁芯，要求时间稳定性高和温度重复性好。所以在其温度周期内，必须让绕线应力得到释放。在磁粉芯是绕制完的线圈必须要做尽量多的从室到125℃的温度循环，这个温度循环不仅仅是为了释放应力，而且还有去除湿度的作用，当完成温度循环后，必须要对电感器进行电感量的最后调整。

绕线后磁芯必须保持干燥，尽快浸封，灌封或密封起来，应仔细选择灌封化合物材料，以避免有些材料随时间和温度收缩，而影响稳定性。在绕线后磁芯外面加上一些垫衬材料可以改善这种影响。

对于设计工程师而言，了解热老化引起磁芯损耗增加条件是十分重要。在高频条件下，涡流损耗是主要损耗，而低频下，磁泄损耗则是主要损耗。而各种损耗形式在总损耗中所占比例也会受到磁通密度的影响。受到高温热老化影响的是磁芯损耗的涡流部分。

在铁氧体磁芯内采用开气隙的方式，可降低磁芯的有效磁导率，从而降低工作的磁通密度，但这种气隙可以造成严重的局部化气隙损耗问题，当频率高于100KHz时，尤其显著，在很多的例子里，气隙损耗都会超过磁芯损耗，由于磁粉芯的气隙是均匀分布的，所以这类局部化气隙损耗基本上是不存在的。

如果选用任何不适当的磁芯材料或小于指定尺寸的磁芯，磁芯会因为进行过高频率的磁芯损耗而产生温升，从而更可能导致热衰败。

在选择适合的磁粉芯材料前，比寻确定电感器摆动的重要性，选取原则是保证磁粉芯不被磁饱和为前提。

判断磁粉芯温度的"过热点"的最佳方法是在磁芯打一个小的盲孔，并插入温差电偶丝，要求电偶丝与磁芯紧密接触才能得到精确结果，必须严密注意通风死角的温度情况，因为这些死角处的温度比冷风通道处的温度要高。建议单元组件在最恶劣条件下运行4-8小时，或运行导电感器达到热平衡为止。这样才能获得真正的磁粉芯的最高温度。要注意磁粉芯有不同的导热系数，会形成温度分级情况。

磁粉芯的原料磁粉有磁力格化现象，即是说当磁粉被磁化时，它们尺寸会发生轻微的变化，此情况在可听频率>20KHz以上应用中无关紧要，但在某些50Hz的用途中，磁芯会有蜂鸣噪音出现，这种情况在E形磁芯比在环形磁芯更明显，也会随着交流磁通密度的变化而改变。

回答2：

摘要：提出了一种Boost电路软开关实现方法，即同步整流加上电感电流反向。根据两个开关管实现软开关的条件不同，提出了强管和弱管的概念，给出了满足软开关条件的设计方法。一个24V输入，40V/2.5A输出，开关频率为200kHz的同步Boost变换器样机进一步验证了上述方法的正确性，其满载效率达到了96.9％
　　关键词：升压电路；软开关；同步整流
　　引言
　　轻小化是目前电源产品追求的目标。而提高开关频率可以减小电感、电容等元件的体积。但是，开关频率提高的瓶颈是器件的开关损耗，于是软开关技术就应运而生。一般，要实现比较理想的软开关效果，都需要有一个或一个以上的辅助开关为主开关创造软开关的条件，同时希望辅助开关本身也能实现软开关。
　　Boost电路作为一种最基本的DC/DC拓扑而广泛应用于各种电源产品中。由于Boost电路只包含一个开关，所以，要实现软开关往往要附加很多有源或无源的额外电路，增加了变换器的成本，降低了变换器的可靠性。
　　Boost电路除了有一个开关管外还有一个二极管。在较低压输出的场合，本身就希望用一个MOSFET来替换二极管（同步整流），从而获得比较高的效率。如果能利用这个同步开关作为主开关的辅助管，来创造软开关条件，同时本身又能实现软开关，那将是一个比较好的方案。
　　本文提出了一种Boost电路实现软开关的方法。该方案适用于输出电压较低的场合。
　　1
工作原理
　　图1所示的是具有两个开关管的同步Boost电路。其两个开关互补导通，中间有一定的死区防止共态导通，如图2所示。通常设计中电感上的电流为一个方向，如图2第5个波形所示。考虑到开关的结电容以及死区时间，一个周期可以分为5个阶段，各个阶段的等效电路如图3所示。下面简单描述了电感电流不改变方向的同步Boost电路的工作原理。在这种设计下，S2可以实现软开关，但是S1只能工作在硬开关状态。
　　
1）阶段1〔t0～t1〕该阶段，S1导通，L上承受输入电压，L上的电流线性增加。在t1时刻，S1关断，该阶段结束。
　　
2）阶段2〔t1～t2〕S1关断后，电感电流对S1的结电容进行充电，使S2的结电容进行放电，S2的漏源电压可以近似认为线性下降，直到下降到零，该阶段结束。
　　
3）阶段3〔t2～t3〕当S2的漏源电压下降到零之后，S2的寄生二极管就导通，将S2的漏源电压箝在零电压状态，也就是为S2的零电压导通创造了条件。
　　
4）阶段4〔t3～t4〕S2的门极变为高电平，S2零电压开通。电感L上的电流又流过S2。L上承受输出电压和输入电压之差，电流线性减小，直到S2关断，该阶段结束。
　　
5）阶段5〔t4～t5〕此时电感L上的电流方向仍然为正，所以该电流只能转移到S2的寄生二极管上，而无法对S1的结电容进行放电。因此，S1是工作在硬开关状态的。
　　接着S1导通，进入下一个周期。从以上的分析可以看到，S2实现了软开关，但是S1并没有实现软开关。其原因是S2关断后，电感上的电流方向是正的，无法使S1的结电容进行放电。但是，如果将L设计得足够小，让电感电流在S2关断时为负的，如图4所示，就可以对S1的结电容进行放电而实现S1的软开关了。
　　在这种情况下，一个周期可以分为6个阶段，各个阶段的等效电路如图5所示。其工作原理描述如下。
　　1）阶段1〔t0～t1〕该阶段，S1导通，L上承受输入电压，L上的电流正向线性增加，从负值变为正值。在t1时刻，S1关断，该阶段结束。
　　2）阶段2〔t1～t2〕S1关断后，电感电流为正，对S1的结电容进行充电，使S2的结电容放电，S2的漏源电压可以近似认为线性下降。直到S2的漏源电压下降到零，该阶段结束。
　　3）阶段3〔t2～t3〕当S2的漏源电压下降到零之后，S2的寄生二极管就导通，将S2的漏源电压箝在零电压状态，也就是为S2的零电压导通创造了条件。
　　4）阶段4〔t3～t4〕S2的门极变为高电平，S2零电压开通。电感L上的电流又流过S2。L上承受输出电压和输入电压之差，电流线性?小，直到变为负值，然后S2关断，该阶段结束。
　　5）阶段5〔t4～t5〕此时电感L上的电流方向为负，正好可以使S1的结电容进行放电，对S2的结电容进行充电。S1的漏源电压可以近似认为线性下降。直到S1的漏源电压下降到零，该阶段结束。
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