开关电源中电感气隙设计方案与研究
开关电源滤波电感器的设计
开关电流滤波电感器的设计2006-04-06开关电源中的电感器（高频输出滤波）一般工作在连续状态下，本文就设计过程中的经验与体会总结出来，以形成比较标准的设计步骤，为以后的设计计算提供有利的设计平台。
本文重点在于标准化高频滤波电感器的制作设计步骤，对于电感量如何计算得来，请参阅相关的文献，这里不做讨论；对于工作在非连续状态下的电感器（如大功率电路中的Boost 升压电感器）也不在这里不做讨论，具体的情况参阅后续的总结性材料。
Step 1：根据电路拓扑结构确定电路参数电感量L ，满载直流电感电流FL I ，（最坏情况下的）最大纹波电流pp I D ，最大峰值短路限制电流SP I ，最大允许损耗(max)A P 和最高温升max T D 。
Buck 类最大纹波出现在最高i U 情况下，而Boost 类是在最低i U 时。
Buck 类满载电感电流等于负载电流。
Step 2:根据工作频率和使用场合选择磁芯材料参阅附录A 。
Step 3：决定磁芯工作的最大磁通密度和最大磁通摆幅（受饱和或损耗限制）如果电感工作在电流连续模式，在电流最大峰值短路电流SP I 时，磁芯最大磁感应max B 不应当超过BS (一般功率铁氧体在100℃时为0.3T （3000Gs ）)。
因为磁芯有气隙，气隙对磁芯B －H 曲线有明显的影响，在饱和之前基本上是线性的。
如果磁芯受饱和限制，最大磁通摆幅max B D 由下式计算： SP pp I I B B D =D max max (1)将得到的max B D 值除以2，将峰峰制值（max B D ）变换成峰值（/2max B D ），到损耗曲线图（图1）“磁通密度”（实际峰值磁通密度）坐标，垂直向上交到纹波频率曲线，水平引向到纵坐标，求得磁芯的比损耗L P 。
如果比损耗大大小于3/100cm mW ，磁芯肯定受饱和限制，则计算的max B D 无效；但如果磁芯损耗远大于3/100cm mW 时,磁芯受损耗限制，必须减少max B D 值，以使得损耗在允许范围之内（Step 5）。
开关电源中电感气隙的设计与研究
开关电源中电感气隙的设计与研究摘要：开关电源中的电感器扮演着电压平滑和电流波形整形的重要角色。
为了提高电感器的效率和性能，电感气隙的设计非常重要。
本文将探讨电感气隙的设计与研究，并分析其对开关电源的影响。
1.引言开关电源是一种将输入直流电转换为输出脉冲电流的电子设备。
在开关电源中，电感器起着平滑输出电压和滤波电流的作用。
为了提高电感器的效率和性能，需要进行精确而合理的设计。
2.电感气隙的原理电感气隙是指在电感器的铁芯上设置的一段空隙。
电感器通过改变气隙的大小可以改变其感应能力和电感值。
当电感气隙变大时，电感器的电感值和感应能力会降低，而当电感气隙变小时，电感值和感应能力会增加。
因此，通过设计和调整电感气隙的大小，可以控制电感器的性能和工作特性。
3.电感气隙的设计要点（1）气隙长度：气隙长度是电感气隙设计中的重要参数。
气隙长度的选择应根据具体应用需求以及电感器的工作电流和电源电压来确定。
一般来说，气隙长度应尽量小，以避免磁通漏磁引起的能量损耗和磁滞损耗。
（2）气隙形状：气隙的形状也会对电感器的性能产生影响。
一般常见的气隙形状包括直线型、等效长方形型和圆环型。
不同形状的气隙会对电感器的感应能力和频率响应曲线产生不同的影响。
因此，在设计中应根据具体应用需求和设计要求选择合适的气隙形状。
（3）气隙材料：气隙材料的选择也非常重要。
一般来说，气隙材料应具有较高的导磁性和绝缘性能，以提高电感器的效率和可靠性。
常见的气隙材料包括Ni-Zn磁粉、铁氧体和纪录材料等。
4.电感气隙的研究方法（1）实验研究：通过实验手段来研究电感气隙的影响。
可以通过改变气隙的长度和形状，测量电感器的电感值和感应能力，进而分析气隙对电感器性能的影响。
（2）仿真模拟：通过使用电磁学仿真软件，建立电感器的数学模型，模拟电感气隙在不同工作条件下的磁场分布和电感特性。
通过仿真模拟，可以更加直观地分析电感气隙的影响，并进行优化设计。
5.电感气隙的应用案例以开关电源中的输出电感器为例，通过设计合适的气隙，可以提高电感器的效率和性能。
基于有限元分析的开关磁阻电动机气隙研究
D设计分祈e s g n a n d a n a l s iM轉者机i第6期基于有限元分析的开关磁阻电动机气隙研究李建亮，张文志，李杰妮，陈福民(内蒙古工业大学，呼和浩特010051)摘要:分别用有限元法和实验测量方法对一台三相24/16极结构的开关磁阻电动机进行了静态特性分析，结果表明2种方法下样机的电感特性、磁链特性基本相符，验证了开关磁阻电动机有限元模型及计算方法的可靠 性和准确性。
在该模型基础上，采用有限元法进一步对样机定转子气隙，对其矩角特性的影响做了模拟分析，总结了样机静态转矩与气隙大小的关系，探讨了在不同电流和不同定转子材料下，最大静转矩对气隙的敏感程度，为开关磁阻电动机的结构参数优化和生产工艺开发提供了参考。
关键词：开关磁阻电动机;气隙;敏感程度;有限元分析中图分类号:TM352 文献标志码:A文章编号:1004-7018( 2018) 06-0020-03Research of Switched Reluctance Motor Air-Gap Based on the Finite Element AnalysisLI Jian-liang，ZHANG Wen-zhi，LI Jie-ni，CHEN Fu-min(Inner Mongolia University of Technology，Hohhor010051，China)Abstract:The static characteristics of a three-phase 24/16-p o le switched reluctance motor were analyzed by the methods of finite element analysis ( FEA) and the experimental measurement. The results showed that the inductance characteristics and the magnetic chain characteristics of the prototype were basically consistent with the two methods. The reliability and accuracy of the finite element model and the calculation method of switched reluctance motor were verified. In this model，the method of FEA was used to simulate the influence of the air-gap on the moment angle characteristic of the prototype. The relation between static torque and air gap size was summarized. It provided a reference for the structural parameter optimization and production process development of switched reluctance motor.Key words:switched reluctance motor; air-gap; sensitivity; FEA0引言李建等基于有限元分析的开关磁阻电动机隙研究开关磁阻电动机（switched reluctance motor,以下简称SRM)具有结构坚固，起动转矩大、效率高等优势，特别适合应用于航空航天、家用电器、电动汽车、纺织设备等行业。
开关电源滤波电感器的设计学习教案
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电感量的大小影响到滤波效果的好坏，需要 根据滤波效果要求进行选择和调整。
磁芯材料的磁性能和机械强度对电感器的性 能和使用寿命有重要影响，需要选择合适的 材料以满足应用需求。
04
设计实践与案例分析
设计一个开关电源输入端滤波电感器
总结词
一个优秀的开关电源输入端滤波电感器需要兼顾滤波效果和损耗。
详细描述
课程内容
开关电源滤波电感器的结构与原理 开关电源滤波电感器的参数选择与优化
开关电源滤波电感器的设计步骤和方法 开关电源滤波电感器的应用实例及分析
02
开关电源滤波电感器的结构与原理
滤波电感器的结构
线圈绕组
由导线绕成的线圈绕组是滤波电感器的核心部分，根据不同的滤波要求，线圈绕组的圈数 和线径也会有所不同。
开关电源滤波电感器的设计学习 教案
xx年xx月xx日
目录
• 课程介绍 • 开关电源滤波电感器的结构与原理 • 设计流程及参数选择 • 设计实践与案例分析
01
课程介绍
课程目标
1
掌握开关电源滤波电感器的基本工作原理和ห้องสมุดไป่ตู้ 用
2
熟悉开关电源滤波电感器的设计方法和优化策 略
3
理解开关电源滤波电感器对电源系统性能的影 响
确定滤波电感器类型
根据电源电路要求及安装空间限制，选择合适的滤波电感器 类型，如铁氧体、绕线或叠层电感器等。
确定主要参数
明确滤波电感器的主要参数，如额定电流、直流电阻、电感 量等，并根据实际需求进行适当调整。
优化设计
优化磁芯材料
根据应用场景和性能要求，选择合适的磁芯材料，如铁氧体、坡莫合金等。
优化线圈设计
20170503-开关电源中的EMI滤波电感设计
开关电源中的EMI 滤波电感设计普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士开关电源中的功率变换器工作于高频开关方式，其输入线上的电流含有高频分量，这些高频分量对接在同一供电处的其它电子设备会产生干扰，严重时可能导致其它电子设备的正常工作，为此国际上专门制订了相关的EMI 标准，来限制各种电子设备对外产生的辐射与传导噪声。
其中最常用的传导EMI 标准有CISPR22、VDE 和FCC ，通过测试电子设备的传导EMI 来判断其是否满足相应的EMI 标准。
图1是测试开关电源传导EMI 的线路图，其中供电电源既可以是直流，也可以是交流，图中为交流。
LISN 为测试EMI 的阻抗匹配网络，uH L L 5021==，uF C C 1.021==，Ω==5021R R ，这个网络对于输入的低频分量，其1L 、2L 可看作短路，1C 、2C 可看作开路，所以不影响输入到输出的功率传递；对于蓝色框内开关电源所产生的高频分量，其1L 、2L 可看作开路，1C 、2C 可看作短路，因此开关电源输入线（线1和线2）上的高频电流分量将完全流过1R 、2R ，再将1R 、2R 上的电流信号用频谱分析仪进行测试，就可获得每一根输入线上的电流信号频谱，这些电流信号频率也被叫作传导EMI 噪声频谱，1R 、2R 就是测试传导EMI 的等效负载。
利用传导EMI 的的测试线路，可以将不加EMI 滤波器时的开关电源，所产生的噪声用图2(a)的电路等效，如果再将不加EMI 滤波器的开关电源在高频段用一个噪声电压源和三个噪声阻抗表示的话，则图2(a)的电路可以进一步用图2(b)来等效。
由图2(b)可知，产生传导EMIii (a) (b) 图2： 不加EMI 滤波器的开关电源之EMI 等效电路的根源有三个，一个是EMI 源N v ，一个是EMI 途径1Z 、2Z 和c Z ，再一个就是EMI 的负载1R 和2R 。
等效电路中的EMI 负载是固定的50欧电阻，而变化的是EMI 源及EMI 途径。
开关电源直流滤波电感气隙长度设计方法
降低 。如果 》ｚ ， 则有效磁导率近似为
等
图 １ 有 ／无 气 隙 时 的磁 滞 回 线
（ ５ ）
该 参 数对 电感气 隙 的设计 至关重 要 。 １ ． ３ 电感气 隙的计 算
若 在 磁路 中增 加气 隙 与磁 通 串联 ， 磁 滞 曲线将 由 图 １中无 气 隙磁 滞 曲线 变 为有 气 隙 的 曲线形 状 。
为磁 芯 中的磁场 强度
因为气隙很小 ， 不考虑气Байду номын сангаас的边缘磁通 ， 则有
磁 性 元 件 的磁 化 曲线 是 非 线 性 的并 带 有 滞 回 特性 ， 如图 １ 所示 ， 一般 称 为磁滞 回线 。图 １ 中分别 为有 ／ 无 气 隙 的 一 日 磁滞 回线 。 由图可 知 ， 磁 场强 度 日 较小 时 ，磁 感 应强 度 日随着 的增 加 沿 曲线
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： ｉ ｎｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ； ａ ｒ ｉ ｇ ａ ｐ ； ｐ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ； ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
中图分类 号 ： Ｔ Ｍ５ ５ ２ 文献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ： ０ ２ １ ９ － ２ ７ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ２ ４ — ０ ３
胡 凯 （ 海军装备部驻西安地区军事代表局 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ７ ５ ）
摘 要 ： 基 于磁 路基 本 原理 ， 从 理 论上研 究并推 导 出 了一 种 电感 气 隙长度 的设 计 方法 ， 并在 工程 上
进 行 了试 验 验 证 。
关键 词 ： 电感 ； 气隙； 磁 导体 ； 饱和
（ ３ ）
盟
不再影 响 Ｂ ， 磁感应强度保持恒定 Ｂ 值不变 ， 这种
高频开关电源中的电感器的设计杜少武合肥工大
h —效率，初始设计可定为80%。
பைடு நூலகம்
2、电感器损耗和温升
• 在变压器设计讨论的温升限制、损耗和变压器 热阻等关系，通常也适用于电感。
• 设计电流断续模式电感时，磁芯损耗大。如磁 芯损耗近似等于线圈损耗，总损耗最小,电感体 积也最小。当电感电流连续时，磁芯损耗通常 忽略不计，因此线圈损耗就是总的损耗。
第六讲 高频开关电源中的 电感器的设计
杜少武
第六讲 高频开关电源中的 电感器的设计
1、电感器应用场合与工作模式 2、电感器损耗和温升 3、电感器的磁芯气隙 4、电感器的磁芯材料和形状 5、磁芯尺寸的确定 6、电 感 计 算 7、Buck输出滤波电感设计 8、反激变压器设计
1、电感器应用场合与工作模式
反激变压器
安匝
IP
Is
0 t
Ts
图6－2 反激变压器电流
反激变压器
• 安匝连续时所需的电感量：
LU iT on U iDU iD (1D )•N 1
6-5
Ii 2kSIfi 2kSIfo N 2
式中：k=I1/I1=I2/I2；
I1，I2——初级和次级脉冲电流的中值。
N1，N2——初级和次级匝数；其余符号与前面相同。
• Boost 和Boost/Buck 电感通常设计在电流连续模式。所
高频开关电源中的电感器的设计(杜少武合肥工大)
4、电感器的磁芯材料和形状
• 对工作在电流连续模式的电感来说，因为交流损耗通 常很低，滤波电感磁芯形状和窗口不是很重要的。但 对于断续模式的电感，特别是反激变压器，窗口面积 特别重要。窗口应尽可能宽，使线圈宽度最大而层数 最少，从而减少交流电阻。同时，宽窗口也减少漏感， 电网绝缘要求的爬电距离影响较小。宽窗口线圈需要 的高度低，窗口利用率通常比较好。
Ts
（a） 电流断续模式
（b）电流连续模式
图6－1 电感电流模式
输出滤波电感（Buck）
• 正激类输出滤波电感和Buck变换器输出电感相同，一般 工作在电流连续模式(图6-1(b))。电感量为
LU oT of f U oT of f U iD (1D ) 6-1
I 2koI 2kSfIo
式中：Ui ——电感输入端电压(V)；D=Ton/TS ——占空比； Uo=DUi ——输出电压(V)；fS=1/TS ——开关频率（Hz）； Io ——输出电流（A）；Ton，Toff=TS-Ton——输入电压的 高电平（导通）时间和低电平（截止）时间；k=I/2Io。
下降的百分比，根据直流偏置磁场、初始磁导率从相
关曲线上查得。
6、电 感 计 算
3、利用电感系数AL计算电感
• 对磁芯于，指在定预材留料气（隙mr）和和无规气格隙（的有铁效氧截体磁面芯Ae和或磁磁路粉长芯度手册）中的
m 常给的电常定感以匝量m数H为计/1算00电0匝感或的nH一/匝般给方出法电。感如系果数ALA是L。μH仅/1提00供0匝了,磁N芯匝
常用电感参数
应用 单线圈电感 多线圈滤波电感 Buck/Boost电感 反激变压器
k1W 0.7 0.65 0.3 0.2
K1 0.03 0.027 0.013 0.0085
气隙位置对电感参数的影响及改进
气隙位置对电感参数的影响及改进除了用铁粉芯作磁芯的电感外，一般电感（Flyback变压器为耦合电感）。
气隙的位置对电感参数有较大影响，下面基于有限元计算对此问题进行分析并给出一种新结构之磁芯。
为方便起见，从一EE型的Flyback变压器开始分析，其内部磁场分为如下几个部分：主磁通，旁路磁通及扩散磁通电感器的损耗由旁路磁通及扩散磁通引起。
由于主磁通与线圈平面平行（假定线圈为铜箔且没有端部效应），它不会引入电流密度J的变化，从而不影响线圈内电流的分布，此时线圈内电流由线圈自己决定。
但旁路磁通与扩散磁通深入线圈，使铁芯窗口内的磁场分布不再均匀，从而引起电流的重新分布，使电流集中在某一处。
如果，我们以气隙至磁轭的距离与磁芯中柱高度之比（hg/h）为变量，可得出气隙在不同位置时电感器损耗变化图如下：由此图可知，气隙在中间时损耗最小，在两端时损耗最大，差别可达100%。
这也就是我们通常EE Core 用得比EI Core多的一个原因吧！有没有办法将气隙优化且工艺方便？答案是肯定的：在以上影响电感损耗的两部分磁通中，扩散磁通与气隙形状有关，与位置关系不大，当然当它在两端时由于磁路长度发生一定变化，还是有所变化的。
为简化问题，此部分以后再作详细讨论。
那么，就只有旁路磁通的影响了。
通过下面的分析，可以得出，旁路磁通的大小是与磁芯高度方向上的平均磁压降密切相关的。
当气隙处于中间与两端时，磁压分布如下图所示：图a中的平均磁压降为IN/2，b为IN/4。
假定旁路磁通与底边平行，又由于B=dU*u0/w，可知，a中的磁密必定大于b中的磁密，磁场方向与线圈垂直。
下面是损耗与平均磁压降的关系：可得出磁压降越低，损耗越低的结论。
由此，如果我们可以将磁压降降得更低，就可得到损耗更低的电感！由于它将气隙交错布置，使磁压降在高度方向上出现二次转折，仅为IN/8。
它的损耗比起气隙居中者可再下降约50%。
文中指的损耗不包含磁芯损耗！。
开关电源与电容电感设计
开关电源与电容电感设计1. 引言开关电源是一种将电能从一个电路传递到另一个电路的电源，通过开关器件的开关操作，将输入电源的直流电压转换成输出电源的电压。
开关电源具有高效率、体积小、重量轻等优点，因此在许多电子设备中得到了广泛应用。
而电容和电感则是开关电源设计中不可或缺的元件，它们在滤波、稳压等方面发挥着重要作用。
本文将介绍开关电源和电容电感的基本原理、设计要点以及常见问题的解决方法。
2. 开关电源设计要点开关电源的设计要点包括输入滤波、开关器件、变压器、输出滤波和保护电路等。
2.1 输入滤波输入滤波电路主要用于抑制电源输入端的高频噪声和干扰。
常见的输入滤波电路包括：•电源滤波器：通过电感和电容组成的滤波器，可以滤除高频干扰。
•输入电容：在输入端添加合适的电容，可以降低功率因数，改善电流波形。
2.2 开关器件开关器件是开关电源中最重要的部分，它决定了开关电源的性能和效率。
常见的开关器件包括MOSFET、IGBT和二极管。
在选择开关器件时，需要考虑输入和输出电压、负载电流和开关器件的功率损耗等因素。
2.3 变压器变压器是开关电源中的关键组件之一，它用于将输入电压变换成输出所需要的电压。
在设计变压器时，需要考虑输入输出电压比、功率损耗和电流波形等因素。
2.4 输出滤波输出滤波电路主要用于消除开关电源输出端的高频噪声和纹波。
常见的输出滤波电路包括：•电感滤波器：通过电感和电容组成的滤波器，可以滤除高频噪声。
•输出电容：在输出端添加合适的电容，可以降低输出纹波，提高稳定性。
2.5 保护电路保护电路用于保护开关电源免受过电流、过压、过温等因素的损害。
常见的保护电路包括过流保护、过压保护和过温保护等。
3. 电容电感设计要点电容和电感是开关电源设计中常用的元件，它们在滤波、稳压和耦合等方面发挥着重要作用。
3.1 电容设计电容的主要作用是储存电荷，并在需要时释放。
在电容设计中，需要考虑以下要点：•电容值：根据电路的需求和频率响应来选择合适的电容值。
开关电源滤波电感器的设计学习教案
开关电源滤波电感器的设计学习教案汇报人：2023-12-25•开关电源滤波电感器的基本概念•开关电源滤波电感器的设计要点目录•开关电源滤波电感器的性能测试•开关电源滤波电感器的应用实例•开关电源滤波电感器的发展趋势与展望目录01开关电源滤波电感器的基本概念开关电源滤波电感器是一种利用电磁感应原理将电能转换为磁能，再通过磁能将电能传输给负载的电子元件。
定义主要作用是过滤电源中的电磁干扰，稳定输出电压，提高电源的品质和可靠性。
作用定义与作用0102工作原理当电源输入端接通时，电流通过电感器产生磁场，储存能量；当电源断开时，磁场消失，能量通过电感反电动势释放给负载。
工作原理基于电磁感应定律，当电流通过电感器时，会产生一个反电动势阻碍电流的变化。
按工作频率可分为低频和高频电感器；按结构可分为绕线型、叠层型和薄膜型电感器。
具有高自感、低电阻的特性，能够有效地滤除电源中的高频噪声和电磁干扰，提高电源的稳定性和可靠性。
分类与特点特点分类02开关电源滤波电感器的设计要点磁芯材料应具有高磁导率、低磁损和温度稳定性。
常见的磁芯材料有铁氧体、坡莫合金和铁硅铝等。
考虑磁芯材料的饱和磁感应强度，以确保电感器在正常工作范围内不会达到磁芯饱和。
考虑磁芯材料的居里温度，以确保电感器在高温下仍能保持稳定的性能。
磁芯材料的选择匝数过少会导致电感量不足，匝数过多则会导致线圈电阻增大，影响滤波效果。
根据实际应用需求，可采用多层绕制或多股线绕制来增加匝数。
根据电感器的设计要求和磁芯的磁导率，计算出所需的匝数。
线圈匝数的确定气隙大小对电感器的电感量和磁芯的磁导率都有影响。
气隙过大，磁芯的磁导率会降低；气隙过小，则会导致电感量过大。
根据设计要求和磁芯的磁导率，合理设置气隙大小，以获得所需的电感量和滤波效果。
在实际应用中，可采用机械加工或激光打孔的方式进行气隙调整。
气隙大小的设置在线圈绕制过程中，应采用合适的绝缘材料和工艺，以确保线圈之间的电气隔离和机械强度。
华为 正激式开关电源输出电感器设计步骤
正激式开关电源输出电感器设计步骤 占空比为 0.5 时典型的工作状态：
输出电感器一般用 MPP （钼坡莫合金） 粉末环形磁芯 设计：
一.设计参数： 1. 频率 f 2. 输出电压 Vo 3. 输出电流 Io（max） 4. 输出电流 Io（min） 5. 电流变比量△I
I pk I o (max)
6. 计算能量处理能力，以 J（焦耳）为单位
W
2 LI pk
2
（J）
4
7. 计算电状态系数 K e 0.145 Po Bm 10 8. 计算磁芯几何常数 Kg（cm5）
W2 Kg （α=1） K e
9. 根据 Kg 由上表选择磁芯： 磁路长度 MPL（cm） ，铁心质量 Wtfe（g） ，铜质量 Wtcu(g)，平均匝长 MLT(cm)，磁芯面积 Ac(cm2)，窗口 面积 Wa(cm2)，面积积 Ap(cm4)，磁芯几何常数 Kg(cm5)， 表面积 At(cm2)，磁导率μ，每 1000 匝毫亨数 AL。 10. 计算绕组匝数 N 1000 11. 计算电流的有效值 I rms
6.62 f
导线直径（单位：cm） ：d=2D（然后选择相近的导线）
d2 导线裸线面积 Aw 4 1 2. T (s) f
3. 计算最小占空比： Dmin 4. 计算需要的电感 L
VoБайду номын сангаасV1
L
T Vo Vd 1 Dmin I
I （A） 2
5. 计算电流的峰值 Ipk
0.4 NI pk r 104 MPL
开关电源滤波电感器的设计学习教案
了解并考虑制造工艺对电感器结构的影响，通过 优化制造工艺，提高电感器的性能和稳定性。
优化设计实例分析
某型号电感器
以某型号开关电源滤波电感器为例，通过优化设计，实现了电感值稳定、品质因数高、损耗低等优良 性能。
对比实验
通过对比实验，证明优化后的电感器在滤波效果、能量传输效率等方面均优于原型号。
线圈设计
设计线圈的匝数、线径和绕制方式，以实现所需的电感量和电阻 值。
结构与散热设计
考虑电感器的结构形式和散热性能，以确保长时间稳定运行。
未来发展趋势与挑战
高频与高效
随着电源频率的不断提高，电感器需要具备更高的工作频率和更 低的功耗。
微型化与集成化
为了满足电子设备的便携性需求，电感器需要实现微型化和集成化 。
正确选择电感器型号和规格
01
根据电源电路的设计要求，确定所需电感值、最大直流电阻、
饱和电流等参数，选用合适的电感器。
优化电感器布局
02
合理安排电感器在电源电路中的位置，以减小电流路径和降低
热损耗。
配合其他元件工作
03
电感器应与其他电源电路元件如电容、二极管等配合使用，以
实现最佳的滤波效果。
滤波电感器的测试方法
开关电源滤波电感器的设计 学习教案
2023-11-09
contents
目录
• 基础知识 • 开关电源滤波电感器的设计 • 开关电源滤波电感器的优化设计 • 开关电源滤波电感器的应用与测试 • 总结与展望
01 基础知识
开关电源的基本原理
开关电源的基本原理是将输入电压通过开关管进行高频开关 ，将直流电压转换为高频方波电压，然后通过整流滤波电路 输出稳定的直流电压。
利用磁环设计电感(choke)的简易步骤!
利用磁环设计电感（choke）的简易步骤！开关电源中，电感的设计也是一个关键步骤，通常电感采用开气隙的铁氧体或者其它材质的磁环来制作。
而利用磁环设计的电感，由于其良好的软饱和特性在开关电源中应用广泛。
目前常见的磁环有，铁粉芯，Koolmu，High flux，mpp等材质，后三种是最近出现的。
特别Koolmu，是magnetics公司力推用来取代铁粉芯的产品。
现以koolmu为例子来设计一个电感第一步，选定磁芯：根据需要的电感量L，和通过电感的最大电流I，算出LI2，根据下图，利用对角曲线和垂直于X轴的直线的交点，找到合适的型号。
比如L=1mH,I=1A.则LI2=1，从曲线上看并无合适的型号，那么往大点取，可以取90u范围中的77314。
第二步，计算绕组匝数：找到77314的电感系数为65nH,那么1mH就需要124匝。
第三步，核算电感量：对于磁环构成的电感，有一个特点就是磁环的磁导率会随着直流励磁强度明显下降。
也就是一个已经设计好的电感，其电感量会随着通过电感的电流增大而减小。
上图为koolmu磁导率和直流励磁强度之间的曲线图。
其中DC magnetizing force=0.4piNI/le其中le为磁路长度，单位为cm。
比如77314的le=5.67cm 那么DCmf=27.5 oersteds那么核对上面的曲线，发现当通过1A电流时候，也就是最大励磁的时候，此时u为初始u值得70%，也就是此时实际电感为0.7mH.对于koolmu，最大励磁下u值在初始u值得的0.5~0.8的范围内都是比较合理的。
第四步，决定线径，当然这个根据电流来决定，而电流密度的选择和散热环境有很大关系。
当然，有时一次计算无法决定最佳设计，可以反复计算，找到最佳设计。
而更具体的设计方法，可以参考magnetics的官网资料。
电器开关原理解读：探究开关的电感与电容的优化设计
电器开关原理解读：探究开关的电感与电容的优化设计电器开关是电路中不可或缺的元件之一，它具有控制电路开闭的功能。
电器开关的原理涉及到电感和电容两个重要的物理概念，其优化设计可以提高开关的性能和可靠性。
首先，让我们来了解一下电感的作用。
电感是指导线中电流变化时产生的磁场所储存的能量。
当电器开关处于闭合状态时，电感会阻碍电流变化的速度，从而限制了电源对负载的供电能力。
这样可以避免电流变化瞬间过大，保护电路和设备的安全。
同时，电感可以抑制开闭过程中的电流尖峰，减小对电器开关的磨损和损坏。
因此，在电器开关的设计中，适当选择和设置电感是十分重要的。
一般来说，电感的设计应该根据负载电流和开闭速度来确定。
对于高负载电流和快速开闭速度的场合，应选择较大的电感。
接下来，让我们来探讨一下电容在电器开关中的作用。
电容是指两个导体之间的电荷储存单位。
在电器开关中，电容起到了分流和隔离电流的作用。
当电器开关处于闭合状态时，电容可以吸收一部分电流并储存电荷，从而减小负载电路中的电流。
这样可以避免负载电路过载，延长设备的使用寿命。
另外，电容还可以隔离电流，提高电器开关的安全性能。
当电器开关断开时，电容可以将负载电压快速释放，并分离开关触点，减少开关产生火花和噪声。
因此，在电器开关的设计中，合理选择和配置电容是至关重要的。
通常情况下，电容的大小与负载电流和负载电压成正比。
为了优化电器开关的设计，可以考虑结合电感和电容的特性进行综合优化。
一种典型的优化方法是采用LC电路。
LC电路由一个电感和一个电容串联或并联组成，可以形成一个谐振回路。
在电路频率接近谐振频率时，电感和电容之间的能量可以快速传递，从而提高电路的效率和响应速度。
此外，通过合理选择电感和电容的值，还可以调整谐振频率和频宽，提高电器开关的灵敏度和稳定性。
总之，电器开关的原理与电感和电容的特性密切相关。
合理选择和设置电感和电容，可以提高开关的性能和可靠性。
通过综合优化电路结构，如采用LC电路，还可以进一步提升开关的效率和响应速度。
开关电源滤波电感器的设计学习教案
开关电源滤波电感器的设计学习教案xx年xx月xx日•课程介绍•基础知识•开关电源滤波电感器的设计目录•开关电源滤波电感器的应用•实验与仿真•总结与展望01课程介绍1课程背景23开关电源在当今社会中被广泛应用，而滤波电感器是开关电源中非常重要的元件之一。
随着绿色能源和智能设备的快速发展，对开关电源的性能和效率的要求也越来越高。
为了满足实际需求，本课程将深入讲解开关电源滤波电感器的设计原理、方法和实际应用。
课程目标掌握开关电源滤波电感器的基本原理和设计方法。
学习电感器的参数和性能指标，以及如何选择合适的电感器。
理解电感器在开关电源中的作用和重要性。
能够进行开关电源滤波电感器的设计和优化。
课程大纲2. 电感器在开关电源中的作用和重要性4. 电感器的设计和优化方法6. 总结与展望1. 开关电源滤波电感器的基本原理和组成3. 电感器的参数和性能指标5. 实际案例分析和操作技巧01020304050602基础知识电感器是一种电子元件，它具有存储和释放磁场能量的特性。
电感器的基本概念电感器的定义电感器通常由线圈、磁芯或铁芯等组成。
电感器的构造电感器的单位是亨利（H），毫亨（mH）和微亨（uH）。
电感器的单位滤波器按照功能可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器。
滤波器的分类滤波器通过改变信号的频率响应来实现对特定频率信号的抑制或增强。
滤波器的原理滤波器广泛应用于通信、音频、视频等领域，用于提取或抑制特定频率的信号。
滤波器的应用滤波器的基本原理03开关电源的优点开关电源具有效率高、体积小、重量轻等优点，广泛应用于各种电子设备。
开关电源的基本组成和工作原理01开关电源的组成开关电源主要由输入电路、输出电路、控制电路和磁性元件等组成。
02开关电源的工作原理开关电源通过控制开关的开闭，将输入电压转换成高频交流电，再经过整流和滤波得到稳定的输出电压。
03开关电源滤波电感器的设计滤波电感器的选型02根据电源电路的输出功率和电流，确定电感器的额定工作电流和电感量。
一体成型电感气隙
一体成型电感气隙
一体成型电感气隙是指在电感器件制造过程中，将电感线圈与磁芯一起成型，
形成一个整体结构，其中的气隙是由于磁芯的特殊设计而产生的间隙。
这种设计可以提高电感器件的性能和稳定性，同时降低制造成本和材料浪费。
一体成型电感气隙的优势主要体现在以下几个方面：
首先，一体成型可以减少电感器件的尺寸和重量，提高器件的集成度。
传统的
电感器件通常是由电感线圈和磁芯分开制造后再组装在一起，这样不仅增加了制造的复杂性，还会影响器件的整体性能。
而一体成型的设计可以在一次成型的过程中完成整个电感器件的制造，使得器件更加紧凑、轻便，同时提高了器件的稳定性和可靠性。
其次，一体成型电感气隙的设计可以减少电感器件的损耗和功耗。
在传统的电
感器件中，电感线圈和磁芯之间的气隙会导致一定的磁场漏磁和能量损耗，降低了器件的效率和性能。
而一体成型的设计可以减少气隙的存在，提高了器件的能量转换效率，降低了能量损耗和发热，从而延长了器件的使用寿命。
此外，一体成型电感气隙还可以提高器件的抗干扰能力和稳定性。
在电感器件
工作过程中，磁场的变化会对器件的性能产生影响，尤其是在高频电路中更加明显。
一体成型的设计可以有效减少磁场的漏磁和干扰，提高器件的抗干扰能力，使得器件在复杂的电磁环境中更加稳定可靠。
总的来说，一体成型电感气隙的设计是一种创新的制造技术，可以提高电感器
件的性能和稳定性，降低制造成本和材料浪费，是电子器件制造领域的一个重要发展方向。
随着科技的不断进步和电子产品的不断发展，一体成型电感气隙的应用范围将会越来越广泛，为电子器件的性能提升和节能减排做出更大的贡献。
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电子发烧友 电子技术论坛开关电源中电感气隙的设计与研究旷建军阮新波任小永南京航空航天大学航空电源重点实验室(南京210016)摘要：在开关电源中使用的电感，除了利用低导磁材料作为均匀分布气隙以外，用高导磁材料作磁芯的电感都必须拥有气隙。
由于在气隙附近存在扩散磁通，使绕组产生额外的损耗，所以电感绕组的损耗不同于变压器绕组。
本文针对开关电源中利用铁氧体作磁芯的气隙电感，基于前人的研究成果上，通过有限元分析软件，详细地分析了气隙设计对电感绕组损耗的影响。
总结了减少绕组损耗的气隙布置方法和采用分布气隙应该遵守的准则。
叙词：电感气隙分布气隙气隙布置绕组损耗Abstract：Inductors are commonly used in the switching supply. Besides the use of low-permeability magnetic material to form a uniformly distributed gap, inductors with high permeability cores have to need air gap. There is fringing flux near the air gap, which result in the additional losses in the winding. This makes winding losses of inductor different from transformers. Based on previous research output, winding losses of inductors with high permeability ferrite core are analyzed in detail by using the Finite Element Analysis (FEA). General design guidelines for decreasing winding losses of inductors are given for lumped gap and quasi-distributed gap.Key words：Inductor Air gap Distributed gap Air-gap arrangement Winding losses1引言电感是开关电源中重要的元件之一，其合理设计有利于提高电源效率和可靠性。
为防止电感饱和，需要在磁芯中加入气隙。
铁粉芯的气隙均匀分布在磁芯中。
如果采用高导磁材料来绕制电感，传统的做法是采用集中气隙。
为了减少由气隙附近的扩散磁通引起的绕组损耗，绕组布置需避开气隙3个左右的气隙长度。
然而对于较大的气隙，那样做将使磁芯窗口的利用率大大降低，此时可应用多个小气隙来构成分布气隙。
文献[1]提出利用交错气隙以减少旁路磁通，从而减少绕组损耗。
前人的研究成果对电感设计具有指导意义，但对某些方面没有进行详细研究，特别是多气隙中各小气隙之间磁柱的长度对扩散磁通的影响，气隙布置在磁芯拐角附近对扩散磁通的影响，以及分布气隙的个数如何选择等。
近年来，电磁场有限元分析软件得到广泛的应用，分析结果的正确性得到了大量的证实[2]。
本文在前人研究的基础上，利用电磁场有限元软件对上述问题进行详细的研究。
2 气隙在磁芯柱上不同位置对绕组损耗的影响根据文献[1]的分析，在电感中的磁通可分成以下三个部分（如图1所示）：(1)在磁芯中构成回路的主磁通,(2)气隙附近进入磁芯窗口的扩散磁通,(3)穿越磁柱之间窗口内的旁路磁通。
由于主磁通未深入磁芯窗口内，故它不会在绕组上感应出涡流。
扩散磁通则会在气隙附近的绕组上感应出涡流。
旁路磁通穿越磁柱间的磁芯窗口，将在绕组上感应出涡流。
气隙在磁芯柱上的不同位置对磁芯窗口内的扩散磁通和旁路磁通都可能产生影响。
对绕组由漆包线构成的电感，气隙在磁芯柱上不同位置对磁芯窗口内旁路磁通的影响在文献[1]中已有详细分析。
本节主要分析对扩散磁通的影响，并分析气隙在磁芯柱上的位置对铜箔与漆包线绕制的电感所产生的不同影响。
(a) 漆包线绕组(b)铜箔绕组图1电感中的磁通分布(对称半副磁芯)对于高频电感，相对气隙设在磁芯中部，如气隙设在磁芯拐角处，会使此处的扩散磁通更容易深入到磁芯窗口内(如图2(a)，2(b)所示)，这是因为磁通的分布，与所通过路径的磁阻分布有关。
相对气隙设在磁芯中部，气隙设在拐角处，扩散磁通经过路径的磁阻要比气隙设在磁芯窗口中部要小。
这样就会容易导致绕组损耗的增加。
另外如气隙靠近磁芯的上端面，在窗口内，有一部分磁通会绕过磁柱上的短端，直接在磁芯上端面和磁柱的长端之间形成一个磁通路(如图2(c)所示)，从而使窗口内的扩散磁通增加。
在图3所示的电感结构中，如此时绕组靠近气隙，将导致绕组损耗刚开始时，随气隙在磁芯柱上的位置b的增加而增加。
当b增加到对应使扩散磁通最多时，绕组损耗增加到最大值。
此后随b的增加，由扩散磁通引起的绕组损耗将随b的增加而减少。
最后当b增加到较大时，由于气隙距磁芯上端面较远，磁芯上端面对气隙附近的扩散磁通已不能产生影响。
这时随b的增加，由扩散磁通引起的绕组损耗基本不变。
为了使绕组损耗刚开始时不随b的增加而增大，可加大绕组与气隙间的距离，以减少气隙附近扩散磁通对绕组损耗的影响。
(a)(b) (c)图2 不同气隙结构处的扩散磁通(a) 铜箔绕组电感(b)漆包线绕组电感图3电感结构图在图3所示的2种电感结构中，用铜箔绕制的绕组损耗随气隙位置b的变化趋势与漆包线绕组是不同的。
这是因为两者之间在窗口内的磁通分布不同引起的。
用漆包线绕制的电感，旁路磁通的分布如图1(a)所示[1]。
而用铜箔绕制的电感，由于铜层对磁场的屏蔽作用，旁路磁通的分布如图1(b)所示。
磁通在窗口内的方向是在磁芯上下端面之间。
在这种情况下，改变气隙在磁芯柱上的位置，将对旁路磁通不会产生什么影响。
所以当距离b较大时，随着b的进一步增加铜层绕组损耗将基本不变。
而当距离b较小时，b的改变对绕组的损耗是有影响的，根据前面的分析，此时是气隙位置对扩散磁通的影响而造成的。
而用漆包线绕制的绕组，改变气隙在磁柱上的位置而能影响旁路磁通，从而影响绕组损耗，详细情况可参考文献[1]。
表1铜箔电感结构(单位:mm)A B C D E δ方案1 0.7 5.2 2 3.1 4 0.2方案2 0.7 5.2 2 2.7 4 0.2方案3 0.7 5.2 2 2.3 4 0.2对本节前面的气隙位置对电感绕组损耗的分析进行了有限元验证。
电感结构如图3所示，两种电感结构都选用南京新康达公司的EE16A磁芯。
图3(a)为0.1mm铜箔绕制的电感，根据参数D 的不同有三种方案，具体参数见图3(a)和表1。
当电感绕组中通过幅值为1A ，频率为300kHz 的正弦电流时，用Ansoft Maxwell 2D 电磁场有限元软件得到三种方案单位长度的绕组损耗随气隙在磁芯柱上位置的变化趋势如图4(a)所示。
根据前面的分析，气隙位置b 刚开始增加时，窗口内扩散磁通增加。
此时方案1绕组距气隙较近，导致绕组损耗随距离b 的增加而增加。
当b 大于约3个气隙距时，随b 的增加，磁芯窗口内的扩散磁通开始减少，此时绕组损耗随b 的增加而减少。
当b 大约10个气隙距时，随b 的增加，磁芯窗口内的扩散磁通变化很小，此时绕组损耗随b 的增加而基本不变。
为了在b 刚开始增加时，使绕组损耗不增加，可以使绕组避开气隙远点的距离。
方案2和方案3中绕组分别距气隙3.25和4.25个气隙距，从图4(a)可以看出绕组损耗在b 刚开始增加时，绕组损耗不增加。
表2 漆包线电感结构 (单位:mm)A B C D E δ 方案1 1.1 5.2 2 3.4 4 0.2 方案2 1.1 5.2 2 2.8 4 0.2 方案31.15.222.240.2246814气隙位置b(mm)绕组损耗(W )气隙位置b(mm)5123456绕组损耗(W )(a)铜箔绕组 (b)漆包线绕组图4 绕组损耗随气隙位置变化的关系图图3(b)为漆包线绕组制成的电感，根据参数D 的不同有三种方案，具体参数见图3(b)和表2。
当电感绕组中通过幅值为0.1A ，频率为300kHz 的正弦电流时，用Ansoft Maxwell 2D 电磁场有限元软件得到三种方案单位长度的绕组损耗随气隙在磁芯柱上位置的变化趋势如图4(b)所示。
对比图4(a)和4(b)，在图4(a)中当b 大约为10个气隙距时，绕组损耗随b 的增加而基本不变。
而在4(b)中，绕组损耗是随b 的增加而减少明显的。
这和前面的分析是一致的。
是由于气隙位置对两者之间的旁路磁通的影响不同而产生的结果。
而扩散磁通对两者的损耗影响是一致的。
3 分布气隙参数对绕组损耗的影响为了减少损耗，通常要求绕组避开气隙一定的空间，一般为三个气隙长度左右。
这样在气隙较大时就会导致避让区域过大，使磁芯窗口面积利用率大大降低。
因此为了减少损耗和提高磁芯窗口面积的利用率，用分布的小气隙来代替大气隙。
如果小气隙之间的磁柱长度太短，部分扩散磁通就会旁过短磁柱，进入磁芯窗口内(如图5所示)，使分布小气隙的效果减弱。
因此小气隙间的磁柱应该多长，来尽量减少小气隙之间的影响，就是一个值得分析的问题。
根据文献[1]和前面的分析，对于漆包线绕组由于气隙在磁柱上的位置会影响磁芯窗口内的旁路磁通，最终影响绕组损耗。
而根据上节的分析，对于用铜箔绕制的电感，气隙位置不会影响到磁芯窗口内的旁路磁通。
现在是为了研究气隙间的扩散磁通对绕组损耗的影响，所以在研究过程中应该避免旁路磁通的改变而影响绕组损耗。
故在此处选用铜箔绕制的电感来进行研究。
磁芯和绕组参数同图3(a)和表1中的方案1，大气隙为0.6mm ，拆分为2个0.3mm 的小气隙(如图5所示)。
当电感绕组中通过幅值为1A ，频率为300kHz 的正弦电流时，用电磁场有限元软件得到单位长度的绕组损耗随小气隙间磁柱长度d 的变化趋势如图6所示。
由图可知绕组损耗的变化趋势和前面的分析一致。
当d 较小时对绕组损耗的影响较大，此时增加d 能大大减少绕组损耗。
随着d 的增大，增加d 对减少绕组损耗的作用逐渐减弱，当d 大约为5个小气隙长度左右时，气隙间距的变化对绕组损耗影响较小。
气隙间磁通分布气隙间距d(mm)绕组损耗(W )图5磁芯结构与磁通分布图 图6损耗对气隙间磁柱长度有时为了尽量减少绕组损耗，希望使用多个分布小气隙来代替集中的一个大气隙。
使用的小气隙越多，工艺就越复杂，成本就越高。
同时增加太多的小气隙，对减少绕组的损耗不一定明显。
因此小气隙个数增加到多少适合也是一个值得分析的问题。