主要電感損耗計算方法.ppt

1、報告人：產(chǎn)品一部一課 封寧波,電感損耗的理論計算與驗證,研究目的,UPS中主要功耗元件如晶體管、電感及變壓器的損耗計算在我們公司一直是一個難題。為了提高設計的準確性，有必要對元件的功耗提供一個經(jīng)過驗證的規(guī)范性計算方法。 目前電感損耗計算與驗證部分已完成，借此機會和同事們交流探討，以使工作完成得更好?？紤]到我們公司90以上的電感都是采用Micrometal的磁芯，因此在試驗中以Micrometal的磁芯做研究對象，對于其它公司的磁芯，其計算公式可能有異。,主要內(nèi)容,1、電感損耗的組成 2、PFC電感的計算方法 3、INV電感的計算方法 4、試驗驗證結果,試驗驗證是由機構課的張召及技術中心的楊弘兩

2、位同事采用量熱法完成，試驗結果與理論計算結果符合得比較好。,電感損耗的主要組成,電感損耗主要由磁芯損耗和線圈損耗組成，磁芯損耗包含磁滯損耗和渦流損耗。對于粉芯類磁芯，由于磁材料間絕緣阻抗很大，渦流損耗幾乎可以忽略。 磁滯損耗與頻率和交流磁通密度B有關，與其直流工作點磁通密度Bdc關系不大。Micrometal公司的鐵粉芯磁心損耗計算經(jīng)驗公式如下： 其中a,b,c,d為Micrometal提供的磁芯損耗參數(shù)，其值依鐵心材質(zhì)而異。f為開關工作頻率，B（單位為Gauss）為一個開關周期內(nèi)交流磁通密度的峰值，它是單個開關周期內(nèi)磁通密度變化量的一半(B=2*B)。當B值確定之后，電感的磁芯損耗也就確定了

3、。,（1）,線圈損耗 線圈的損耗是由電流在導線上產(chǎn)生的。通常，流過電感的電流包括工頻或直流成分的低頻電流和開關頻率的高頻電流。由于集膚效應的存在，使得交流阻抗大于直流阻抗 。,在70時銅導線的集膚深度計算如下：,其中f為開關頻率，在19.2KHz時，其集膚深度為0.512mm。試驗所用電感的繞線線徑最大約為2倍集膚深度，其交流阻抗為直流阻抗的1.05倍左右，因此在計算時忽略高頻紋波電流的影響。,Note：當交流阻抗明顯大于直流阻抗、且最大紋波電流百分比大于20，需考慮交流阻抗帶來的影響。,（2）,PFC電感的損耗計算,磁芯損耗：,在一個工頻周期里，輸入電壓及控制脈寬均在變化，因此不同PWM周期

4、里B值及引起的磁滯損耗均在變化。此時可以用平均磁滯損耗來衡量，計算方法如下：,當輸入電壓等于Bus電壓一半時，PFC電感交流磁通密度峰值達到最大值，其表達式如下：,（3）,PFC電感鐵損計算,（4）輸入電壓,（5）占空比,（6）交流磁通密度峰值,(4)(5)(6)(7),(7),PFC電感的鐵損計算,其中Ve為磁芯體積。將其按照PWM周期離散化再累加，即可得到工頻周期里的磁芯損耗?？紤]到PWM的頻率遠大于市電頻率（19.2kHz50Hz），可以采用積分來代替離散求和。假設市電輸入正負半周對稱，電感的平均鐵損計算如下：,根據(jù)式(1)，電感鐵損的計算如下：,（8）,（9）,PFC電感的銅損計算,試

5、驗所用電感的線徑在19.2KHz頻率下其交流阻抗約等于直流阻抗（1.05倍），因此不考慮電流紋波對銅損的影響，其計算公式如下：,（10）,（11）,Length為繞線長度，S為繞線半徑，為銅導線的電阻率，20攝氏度 1.678/m。通常電感工作時其溫度都大于20，因此對電感的電阻要做修正。,式中，為溫度系數(shù)， 0.00393/, t為期望的溫升。,（12）,INV電感的損耗計算,磁芯損耗：,在一個輸出周期里，輸出電壓及控制脈寬均在變化，因此不同PWM周期里B值及引起的磁滯損耗均在變化。此時可以用平均磁滯損耗來衡量，計算方法如下：,當輸出電壓為0時，逆變電感交流磁通密度峰值達到最大值，其表達式如

6、下：,（13）,Num為串連的電感數(shù)，對于小型機，一般是兩個電感串連。,INV電感鐵損計算,（14）輸出電壓,(15）占空比,（16）交流磁通密度峰值,(17),(14)(15)(16),INV電感的鐵損計算,其中Ve為磁芯體積。采用積分來代替離散求和。假設輸出電壓正負半周對稱，INV電感的平均鐵損計算如下：,根據(jù)式(1)，電感鐵損的計算如下：,（18）,（19）,INV電感的銅損計算,銅損計算方法與PFC電感銅損計算方法相同，實際的交流阻抗與直流阻抗非常接近，因此忽略紋波電流帶來的影響。,（20）,（21）,Length為繞線長度，S為繞線半徑，為銅導線的電阻率，20攝氏度 1.678/m。

7、通常電感工作時其溫度都大于20，因此對電感的電阻要做修正。,式中，為溫度系數(shù)， 0.00393/, t為期望的溫升。,（22）,驗證方法,試驗采用量熱法測量實際損耗。其原理如下，在一個絕熱杯里加入液體，將被測物體放入液體中，蓋上杯蓋，保證絕熱。分別在t1和t2時刻用熱電偶絲測出液體溫度T1和T2。根據(jù)下式就可以求得發(fā)熱功率。,（23）,V為液體體積， Cp為比熱容， 為液體密度。 量熱法測量物體發(fā)熱量的方法和準確度，具體可參考附件絕熱量熱法測量功率器件/模塊損耗。如有任何疑問，請聯(lián)系張召同事。,量熱法示意圖,驗證過程示意圖,圖1：將電感用長導線引出，將溫升線及電感放入保溫瓶內(nèi)。,圖2：往保溫瓶內(nèi)灌入一定體積的液體，穩(wěn)定投載，測量液體的溫升。,驗證結果（1）,PFC電感的測試與計算結果,驗證結果（2）,INV電感的測試與計算結果,注：由于XP1K INV電感材質(zhì)參數(shù)未知，因此采用兩個35材質(zhì)的電感串連代替進行試驗的。,結論,試驗測量的損耗與理論計算的損耗誤差在5%以內(nèi)，這說明該計算方法是可行的。 該計算方法的中心思想如下：在一個周期里根據(jù)占空比精確地求出磁芯的交流磁通密度峰值B(t)，然后根據(jù)式(1)求出對應的磁芯損耗Pcore_loss(B(t)，然后再對其取平均值，從而可