开关电源滤波电感器的设计知识讲解
开关电源滤波电感计算与选择
开关电源滤波电感计算与选择本文将阐明为非隔离式开关电源(SMPS)选用电感的基本要点。
所举实例适合超薄型表面贴装设计的应用，像电压调节模块(VRM)和负载点(POL)型电源，但不包括基于更大底板的系统。
图1所示为一个降压拓扑结构电源的架构，该构架广泛应用于输出电压小于输入电压的系统。
在典型的降压拓扑结构电路中，当开关(Q1)闭合时，电流开始通过这个开关流向输出端，并以某一速率稳步增大，增加速率取决于电路电感。
根据楞次定律，di=E*dt/L，流过电感的电流所发生的变化量等于电压乘以时间变化量，再除以这个电感值。
由于流过负载电阻RL的电流稳定增加，输出电压成正比增大。
在达到预定的电压或电流限值时，控制集成电路将开关断开，从而使电感周围的磁场衰减，并使偏置二极管D1正向导通，从而继续向输出电路供给电流，直至开关再度接通。
这一循环反复进行，而开关的次数由控制集成电路来确定，并将输出电压调控在要求的电压值上。
图2所示为在若干个开关循环周期内，流过电感和其它降压拓扑电路元件上的电压和电流波形。
电感值对于在开关断开期间保持流向负载的电流很关键。
所以必须算出保持降压变换器输出电流所必需的最小电感值，以确保在输出电压和输入电流处于最差条件下，仍能够为负载供应足够的电流。
为确定最小的电感值，需要知道如下信息：-输入电压范围-输出电压及其规定范围-工作频率(开关频率)-电感纹波电流-运行模式;连续运行模式还是非连续运行模式下列公式用于计算降压变换器所需的电感值：L1 = Vo(1-Vo/(Vin-Von))/(f*dI)连续运行模式下：dI 《1/2I为了算出适用于电源整个运行条件的最小电感值，对参数值的选择必须能够保证在各项参数处于最不利组合的条件下，所选择的这一电感值仍能将纹波电流保持在特定的数值范围内。
而针对降压型电源，其最不利组合条件为：输入电压和频率均处于各自的最低数值时。
此外，还要将输出电压也取为其最小规定值，以确定能够保持正常调节功能所需的最低电感值。
开关电源输出端电感详解
开关电源输出端电感详解开关电源是一种广泛使用的电力转换技术，其输出端的电感是其中一个重要组成部分。
开关电源输出端的电感主要起到滤波、储能和稳定电流的作用，下面将对其进行更详细的介绍。
一、开关电源输出端电感的作用滤波作用：开关电源输出端的电感可以有效地滤波。
当电感靠近开关电源的输出端口时，它可以过滤掉输出信号中的高频噪声，使输出信号更加纯净。
储能作用：开关电源输出端的电感还可以起到储能的作用。
当电流通过电感时，电感会将一部分电能转化为磁能，并将其储存起来。
在需要时，电感可以将储存的磁能再次转化为电能，从而满足电路中负载的需求。
稳定电流作用：开关电源输出端的电感还可以稳定电流。
由于开关电源的输出存在波动性，而电感可以抑制这种波动，从而保持输出电流的稳定性。
二、开关电源输出端电感的工作原理开关电源输出端电感的工作原理主要基于楞次定律，即“感应电流的磁场总是会阻碍引起感应电流的磁通量的变化”。
当电流通过电感时，电感会产生一个自感电动势，这个自感电动势可以阻碍电流的变化，从而起到滤波和稳定电流的作用。
具体而言，当电流增加时，自感电动势会阻碍电流的增加，从而减缓电流的增长速度，使得电流不会突然增大。
当电流减小时，自感电动势会阻碍电流的减小，从而减缓电流的减小速度，使得电流不会突然减小。
这样，电感可以有效地平滑电流波动，从而保持输出电流的稳定性。
此外，电感还可以将电路中的交流电转化为磁能，并将其储存起来。
当负载需要能量时，电感可以将储存的磁能再次转化为电能，以满足负载的需求。
三、开关电源输出端电感的选型在选择开关电源输出端的电感时，需要根据电路的具体要求和负载的特点进行合理选择。
电感容量的选择：电感容量是选择电感的重要因素之一。
如果电容量过小，可能无法满足电路的要求，无法有效滤波和稳定电流；如果电容量过大，可能会导致电路过度反应，甚至产生反向电动势。
因此，需要根据电路的具体要求选择合适的电感容量。
工作电压的选择：根据电路的工作电压选择合适的电感。
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EMC滤波电路的设计
开关电源EMC滤波电路的设计为了满足电子设备对于电磁干扰的要求，开关电源需要通过EMC（电磁兼容性）滤波电路来减少电磁干扰的发生。
EMC滤波电路的设计是确保开关电源在正常工作时，尽量减少电磁干扰的传播。
EMC滤波电路通常可分为输入滤波和输出滤波两部分。
输入滤波主要用于抑制开关电源输入端的电磁干扰，输出滤波则用于抑制开关电源输出端的电磁干扰。
以下是一个1200字以上的关于开关电源EMC滤波电路设计的详细讨论。
首先，输入滤波电路的设计。
输入滤波电路的目的是通过使用不同类型的滤波器来抑制开关电源输入端的电磁干扰。
常见的输入滤波器包括：L型滤波器、π型滤波器和T型滤波器。
L型滤波器由一个电感和一个电容组成，电感用于抑制高频噪声，电容则用于抑制低频噪声。
设计L型滤波器时，需要根据开关电源的输入功率和频率要求选择电感和电容的数值。
通常情况下，电感的数值应根据输入电流的大小选择，而电容的数值应根据电源的额定电压选择。
π型滤波器是一种更复杂的输入滤波器，由两个电感和两个电容组成。
它的设计目的是在更广泛的频率范围内提供更好的噪声抑制。
π型滤波器与L型滤波器相似，但是通过在输入和输出之间添加一个额外的电感和电容，它可以更有效地抑制高频和低频噪声。
T型滤波器是一种用于高频噪声抑制的输入滤波器，通常用于开关电源中。
它由一个电感和两个电容组成。
T型滤波器与L型滤波器和π型滤波器相比，可以提供更高的噪声抑制。
接下来，是输出滤波电路的设计。
输出滤波电路的目的是降低开关电源输出端的电磁干扰。
常见的输出滤波器包括：LC型滤波器和RC型滤波器。
LC型滤波器由一个电感和一个电容组成。
它的设计目的是通过电感提供频率选择性的电流平滑，从而减少输出端的电磁干扰。
RC型滤波器由一个电阻和一个电容组成。
它主要用于抑制输出端的高频噪声。
在设计EMC滤波电路时，需要考虑开关电源的输入功率、频率和输出功率等参数。
此外，还需要注意滤波器元件的选取和放置，以确保它们能有效地减少电磁干扰的传播。
电源滤波器电路设计
电源滤波器电路设计
电源滤波器电路设计的目的是通过滤除电源线上的噪声和波动，提供稳定、纯净的电源供电。
下面是一种常见的电源滤波器电路设计：
1. 输入滤波：在电源输入端接入一个电容器和一个磁珠（也称作磁环）。
电容器用于滤除高频噪声，磁珠则用于滤除电源线上的高频干扰信号。
2. LC滤波器：接下来是一个电感-电容（LC）滤波器。
该滤
波器由一个电感线圈和一个电容器组成，用于滤除更高频的噪声和波动。
电感线圈会将高频信号短路至地，电容器则用于消除电源线上的高频干扰。
3. 电源肖特基二极管：在输出端接入一个肖特基二极管，用于滤除电源线上的低频干扰。
肖特基二极管具有高反向电压极限和低正向电压降，能够有效地将低频噪声短路至地。
4. 输出电容器：在电源输出端接入一个大容量电容器，用于平滑电源输出，降低电压波动和提供稳定的电源供电。
以上是一个基本的电源滤波器电路设计，具体的电路参数和元件数值可以根据实际需求和应用场景进行调整。
在实际设计中，还需要考虑功耗、成本、尺寸等因素，并结合实际测试和仿真结果进行优化。
开关电源输出滤波电感分析
开关电源输出滤波电感分析图6.18所示为正激开关电源的输出LC滤波器，滤波电感L的作用是使负载电流波动小（滤波电容的ESR也会影响电流波动大小）。
滤波电容C的作用是使输出电压纹波小。
当负载突减时，电容储能；负载突增时，电容储能向负载补充能量，以减小输出电压峰值。
一周期（T=t on+t off）内，滤波器稳态分析如下（设工作于流连模式）。
设电感电流近似为三角波，平均值为I L，有△I L=I Lmax-I Lmin(6.20) 晶体管导通期间，t∈[0，DT]，i L从I Lmin上升，滤波器输入电压为V f=V i N2/N1 (6.21)i L(t)=I Lmin+(V f-V o)t/L=I Lmin+△I L t/(DT) (6.22)晶体管导关断期间，t∈[DT，T]，i L从I Lmax下降为i L(t)=I Lmax-(V f+V o)(t-DT)/L (6.23)续流二极管压降V f=0.5V，当t=T时，i L=I Lmin，代入式（6.23），得L=（V f+V o）（1-D）T/△I L (6.24) 将式(6.24)代入式(6.22)，得i L(t)=I Lmin+(V f+V o)(1-D)t/(DL) (6.25)由式(6.24)可知，△I L决定了L的大小。
L的下限由△I L的最大值决定；增大L可以使电流波动小，但负载变化时，不能快速反应，故L的上限由开关电源瞬态恢复时间限制。
正激开关电源的输出电压纹波的计算如下。
设平均电流I L流入负载电阻，产生输出电压V O、△I L流入电容，产生输出电压纹波△V o。
由图6.18中的i L(t)波形可见，平均电流上部的阴影三角形面积给出[DT/2，（1-D）T/2]时间内的电容充电电荷△Q，即△Q=△I L T/8，△Vo=△Q/C(峰-峰值) (6.26) 又由式(6.24)，忽略V f，有△I L=Vo(1-D)T/L (6.27) 由式(6.26)、式(6.27) 可得△V o/V o=（1-D）T2/（8LC）(6.28)设已知正激开关变换器的参数为：输入电压V i=(180~264)V，输出电流I o=30A，△I L=6A，ƒ=150kHz，T=6.67μs，D max=0.45，V o=5V，D max/D min=V imax/V imin=264V/180V=1.47。
开关电源中输出滤波电感的设计计算
开关电源中输出滤波电感的设计计算（图一）（图二）（图三）开关电源次级线圈上的输出电压Uo是脉冲状态（图一），要使脉冲方波变成可供电路使用的直流电，还需要对它进行平滑处理，常用的平滑电路由整流二极管、滤波电容、滤波电感构成。
（图二）㈠. 平滑处理原理（图二）中电感L在电路中既有储能作用，且对交流成分呈高阻抗，能阻止交流成分通过。
电容C1—C4对交流信号呈低阻抗，允许交流成分通过，而对直流呈高阻抗，而阻止直流通过。
感抗：XL=2πfL电感对高频成分呈高阻抗，感抗越大，对高频信号的电抗电压越大，阻止高频成分通过的能力越强。
容抗：XC=1/2πfC电容对直流呈高阻抗，能阻止直流通过，对交流成分呈低阻抗，容抗越小，交流成分就越容易通过。
（图二）中LC的乘积越大对高频成分的平滑作用越好。
为求得最佳电感量，可按下节进行设计计算。
㈡. 开关稳压电源输出的纹波噪声平滑滤波后开关电源输出波形（图三），不难看出，经过(图二)电路平滑后的直流输出中包含了一定的纹波噪声。
它分两部分：纹波：与初级输入工频频率和开关频率同步的波形即为纹波。
噪声：在纹波上的针状毛刺就是噪声。
两类波合在一起称为：纹波噪声。
㈢输出平滑处理电路中电感L的设计计算电感L的计算有如下一些公式：流过电感L的纹波电流△Il为输出电流Io的2%~5%,即：△Il=（0.02~0.05）Io ①△Il=Ton max(Umin-Vf-Vo)/L ②L= DTonmax(Umin-Vf-Vo)/ △Il ③Uo min= T(Vo max+Vf+Vl)/D ④D=Tonmax /T ⑤㈣计算实例输出电压Vo=5V 10%±输出电流Io=开关频率F=200KHz占空比D=0.42次级线圈上的最小电压：开关周期：T=1/F=1/200×103=5μs最大导通时间：Ton max=TD=5×0.42=2.1μS输出最大直流电压： Vo max=5×10%=5.5 V次级线圈上的最小电压：Umin=5×（5.5+0.2+0.4）/2.1=14.5V在一般情况下，滤波电感中通过的电流△Il的值是Io的2%~5%本例取5%根据式②L△Il= Ton max(Umin -Vf-Vomax)/ △Il=2.1(14.5-0.4-5.5)/1=18.06μH取整L=18μH通过的电流为20A。
开关电源EMI滤波器原理和设计研究
开关电源EMI滤波器原理和设计研究开关电源EMI滤波器是用来减少开关电源产生的电磁干扰(EMI)的一种装置。
EMI是指开关电源工作时产生的高频干扰信号，可能会对其他电子设备、无线通信和无线电接收产生干扰，影响它们的正常工作。
EMI滤波器通过合理设计，能有效地抑制开关电源产生的EMI信号，从而减少对其他设备的干扰。
EMI滤波器的原理是基于电流和电压的相位关系来实现的。
开关电源在工作时会产生高频电流脉冲，而这些电流脉冲会通过开关电源输入端的电容等元件，从而形成高频电流回路。
EMI滤波器通过给开关电源输入端加上一个电感元件，阻断高频电流回路的形成，从而减小EMI信号的辐射。
设计EMI滤波器时需要考虑以下几个因素：1.工作频率范围：EMI滤波器需要在开关电源产生EMI信号的频率范围内有效工作。
根据具体的应用环境和要求，选择合适的滤波器工作频率范围。
2.滤波特性：滤波器需要具有良好的滤波特性，对于较高频率的EMI信号能够有较好的抑制效果。
常用的滤波器类型有低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3.过渡区域：滤波器在过渡区域需要平衡阻抗和频率之间的变化。
过渡区域越宽，滤波器的性能越好。
过渡区域的宽度需要根据具体要求进行设计。
4.安全和可靠性：EMI滤波器需要满足安全和可靠性的要求。
在设计过程中，需要考虑电源参数范围、电流和电压的安全范围等因素，以确保滤波器的稳定性和可靠性。
设计EMI滤波器的方法有多种，可以根据需求选择不同的设计方法。
常见的方法包括线性滤波器设计、Pi型滤波器设计和C型滤波器设计等。
其中，Pi型滤波器是应用最广泛的一种，它由两个电感和一个电容组成，能够对高频信号进行抑制。
总之，开关电源EMI滤波器的原理和设计研究是为了降低开关电源产生的电磁干扰，保证其他设备的正常工作。
通过合理的滤波器设计和选择合适的滤波器类型，可以有效地减少EMI信号对其他设备的干扰，提高系统的抗干扰性能。
开关电源滤波电感器的设计学习教案
THANKS
谢谢您的观看
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
开关电源EMI滤波器原理和设计研究
开关电源EMI滤波器原理和设计研究开关电源EMI滤波器是用于抑制开关电源产生的电磁干扰（EMI）的一种电路。
开关电源工作时，因为开关元件的开闭引起的瞬态电流和电压变化，会在电源线上产生高频噪声干扰，通过电磁辐射和传导的方式传播到其他电路中，对其他设备和系统产生干扰。
EMI滤波器的设计旨在通过选择合适的滤波器拓扑结构、滤波器元件和参数，以及合理布局和连接方式，来有效地抑制开关电源产生的高频噪声。
EMI滤波器的原理是通过串联和并联等方式构成一个低通滤波器，将开关电源的高频噪声滤除，使其只能在设定的频率范围内传递，从而减少对其他设备和系统的干扰。
EMI滤波器的设计研究需考虑以下几个方面：1.滤波器拓扑结构选择：常见的EMI滤波器拓扑结构包括LC滤波器、RC滤波器和LCL滤波器等。
不同的拓扑结构适用于不同的滤波需求，需根据实际应用场景选择适合的拓扑结构。
2.滤波器元件选择：滤波器中的元件包括电感、电容和电阻等。
选择合适的元件需要考虑元件的频率响应特性、阻抗特性、容值和功率等参数。
3.滤波器参数优化：滤波器的参数优化可以通过频率响应曲线和阻抗匹配等方法进行，以确保滤波器在设计频率范围内能够有效地滤除高频噪声。
4.布局和连接方式设计：合理的布局和连接方式可以减少电磁辐射和传导的路径，从而进一步提高滤波器的性能。
此外，还需对滤波器进行实验验证，通过在实际电路中的应用来评估滤波器的性能和有效性。
总之，开关电源EMI滤波器的原理和设计研究是为了抑制开关电源的高频噪声干扰，需要对滤波器的拓扑结构、元件选择、参数优化以及布局和连接方式进行综合考虑和设计，以提高滤波器的性能和效果。
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。
5v开关电源滤波
5v开关电源滤波
在设计5V 开关电源时，滤波是一个重要的考虑因素，以确保输出电压平稳、干净，减小电源中的噪声。
以下是一些常见的滤波技巧：电容滤波：在输出端并联一个电容器，用于吸收高频噪声并稳定输出电压。
电容的容值和类型取决于电源的设计要求。
电容器的电压容量应大于电源的最大输出电压。
电感滤波：在输出端串联一个电感，用于过滤高频噪声。
电感值的选择和电源设计有关，通常用于对抗开关电源产生的高频涟漪。
磁珠滤波器：在电源线中串联一个磁珠，用于抑制高频噪声。
磁珠是一种具有高阻抗的器件，适用于高频滤波。
LC滤波器：使用电感和电容的组合构成LC 滤波器，以滤除电源中的高频噪声。
这种方法在开关电源设计中较为常见。
RC滤波器：串联一个电阻和电容组成RC 滤波器，用于去除高频噪声。
虽然对于开关电源来说，RC 滤波器的效果较差，但在某些情况下仍然有用。
线性稳压器：在开关电源输出之前使用线性稳压器，它能够提供额外的滤波效果，并确保输出电压的稳定性。
这对于对电源纹波和噪声要求较高的应用可能很有用。
在选择滤波元件和配置时，需要根据具体的应用需求、负载特性和电源设计参数来调整。
建议参考相关的开关电源设计手册，并进行必要的仿真和测试以确保设计的性能和稳定性。
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。
滤波电感设计
EMI滤波电感设计EMI滤波器正常工作的开关类电源（SMPS）会产生有害的高频噪声，它能影响连接到相同电源线上的电子设备像计算机、仪器和马达控制。
用一个EMI滤波器插入电源线和SMPS之间能消除这类干扰（图1）。
一个差模噪声滤波器和一个共模噪声滤波器能够串联或在许多情况下单独使用共模噪声滤波器。
图1 EMI滤波器的插入一、共模电感设计在一个共模滤波器内，电感的每一个绕阻和电源输入线中的任一根导线相串联。
（对于电源的输入线来讲）电感绕组的接法和相位是这样的，第一个绕组产生的磁通会与第二个绕组产生的磁通相削. 于是，除了泄漏阻抗的小损耗和绕组的直流电阻以外，电感至电源输入线的插入阻抗为另。
由于磁通的阻碍，SMPS的输入电流需要功率，因此将通过滤波器，滤波器应没有任何明显的损耗。
共模噪声的定义是出现在电源输入线的一根或二根导线上的有害电流通过电感的地返回噪声源的噪声。
此电流要视共模电感的任何一个或二个绕组的全部阻抗，因为它不能被返回的电流所抵消。
共模噪声电压是电感绕组上的衰减，应从有害噪声中保持电源输入线的畅通。
1.1、选择电感材料开关电源正常工作频率20KHz以上，而电源产生的有害噪声比20KHz高，往往在100KHz～50MHz之间。
对于电感来讲，大多数选择适当和高效费比的铁氧体，因为在有害频带内能提供最高的阻抗。
当看到公共参数如磁导率和损耗系数就去识别材料是困难的。
图2给出铁氧体磁环J-42206-TC绕10匝后的阻抗ZS和频率的关系曲线。
图2铁氧体磁环的阻抗和频率的关系在1～10MHz之间绕组到达最大阻抗，串联感抗XS和串联电阻RS（材料磁导率和损耗系数的函数）共同产生总阻抗Zt。
图3所示为图2中铁氧体材料的磁导率和损耗系数与频率的函数关系。
由于感抗引起的下降，导致磁导率在750KHz以上的下降；由于电阻取决高频的源阻抗所以损耗系数随频率而增加。
图3铁氧体磁环的磁导率、损耗系数和频率的关系图4给出三种不同材料的总阻抗和频率的关系。
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。
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：日期:•引言•开关电源基础知识•滤波电感器设计原理目录•滤波电感器性能测试与评估•滤波电感器应用案例分析•课程总结与展望01引言课程背景与目标随着电子技术的飞速发展，开关电源在各个领域得到广泛应用。
为了提高电源性能，滤波电感器作为开关电源中的关键元件，其设计显得尤为重要。
课程目标本课程旨在帮助学生掌握开关电源滤波电感器的基本设计原理和方法，提高学生对电源性能的理解和优化能力。
滤波电感器的重要性滤除噪声滤波电感器能够滤除开关电源中的高频噪声，提高电源的稳定性和可靠性。
能量储存滤波电感器具有能量储存功能，能够平滑电源的输出电压，减小电压波动。
优化电源性能通过合理设计滤波电感器，可以优化开关电源的性能，提高电源效率。
02开关电源基础知识开关电源接收交流电源输入，通过整流和滤波电路转换为直流电压。
交流输入开关管在脉冲宽度调制（PWM）信号的控制下工作，周期性地导通和关断。
开关管工作开关管导通时，电能转化为磁能存储在滤波电感器中；开关管关断时，磁能转化为电能供给负载。
能量传递输出滤波电容和滤波电感器共同作用，滤除高频纹波，输出稳定的直流电压。
输出滤波开关电源工作原理滤波电感器能够滤除高频纹波，提高输出电压的稳定性。
滤除纹波能量传递抑制电磁干扰在开关管导通时，滤波电感器储存能量；在开关管关断时，滤波电感器释放能量，供给负载。
滤波电感器能够抑制电磁干扰，提高电源的电磁兼容性。
030201滤波电感器在开关电源中的作用电感量是滤波电感器的核心参数，它决定了储能和滤波效果。
电感量额定电流是滤波电感器能够承受的最大电流，需要根据负载电流和电源效率等因素进行选择。
额定电流饱和磁通量是滤波电感器在一定电流下的磁通密度，需要根据电源的峰值电流和纹波电流等因素进行选择。
饱和磁通量滤波电感器的基本参数03滤波电感器设计原理选择合适的电感值根据电路需求，选择合适的电感值，以确保滤波效果和电路性能。
滤波电感的设计
1. 滤波电感的设计在全桥逆变器中，输出滤波电感是一个关键性的元件，并网系要要求在逆变器的输出侧实现功率因数为1，波形为正弦波，输出电流与网压同频相同。
因而，电感值选取的合适与否直接影响电路的工作性能。
对电感值的选取，可以从以下两个方面来考虑： ① 电流的波纹系数输出滤波电感的值直接影响着输出纹波的大小，由电感的基本伏安关系dt Ldi V /=可得：dt t i TonfiLv ⎰=∆0)( （5-14）其中)(t v l 电感两端电压，考虑到当输出电压处于峰值附近，即Vv N ot max)(=时，输出电流波纹最大，设此时开关周期为T ，占空比为D,则有下式：LV fN i max =∆ （5-15）另外，根据电感的伏秒平衡原理，我们可以得到，T D DT V V VN dc N )1)((max max--= （5-16）于是求得，VV V dcN dcD max-= （5-17）从（5-15）、（5-16）式可得，V V V VLdcN dc N fi T ∆-=)(max max（5-18）在本系统中，,400,5.9,3112202max V A V V I V dc N N ===⨯=开关管的工作频率,125,8us T kHz f ==取电流波纹系数,15.0=r i 则由式（5-18）计算可：mH Lf1.640015.05.910125)311400(3116≈⨯⨯⨯⨯-⨯=-因此，要保证实际电流纹,425.115.05.9A i I r N i =⨯=≤∆则滤波器电感满足mH L f 1.6≥。
②从逆变器的矢量三角形关系可知，VI L VNNfoj +=ϖ（5-19）于是，它们的基波幅值满足下式V I LV N N fo 222)(+=ϖ（5-20）由正弦脉宽调制理论可知，V Vdc om = （5-21）其中，m 为调制比，且,1≤m 从而：V V I Ldc N N f222)(≤+ϖ（5-22）于是，我们可以得到下式：mH Lf4.375.950222040022=⨯⨯-≤π 综上，滤波电感的取值范围为mH mH L f 4.361.6≤≤。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
开关电源滤波电感器设计
开关电源滤波电感器设计
五、输出虑波电感器的主要设计步骤: 1、滤波电感材料的选取 2、根据已知条件规定的允许纹波电流值或K值计算电感量 3、计算滤波电感的储能 4、根据电感器的储能计算所需磁芯的尺寸，利用AP面积法 5、计算电流密度j(J) 6 、计算线圈导体的裸线面积极AXP和线径dXP 7 、计算线圈的匝数N 8、计算磁芯所加气隙长度lg 9 、核算磁通密度Bm 10、计算电感线圈的铜损PCU和铁损PFe 11、计算电感线圈的温升
开关电源滤波电感器设计
六、半桥变换器输出滤波电感器设计实例: 1、已知条件：
2、设计步骤：
开关电源滤波电感器设计
开关电源滤波电感器设源滤波电感器设计
二、 Buck电感 Buck 变换器输出电感一般工作在连续模式：
一般选取k＝0.05~0.1，ΔI=20%IO纹波电流
开关电源滤波电感器设计
三、Boost 和Boost/Buck 电感 Boost 和Boost/Buck 电感通常设计在电流连续模式。所 需的电感量：
式中 Ii=Io/ η(1-D) －输入电流，Boost 中为输入电流 平均值；Boost/Buck 中为输入电流导通时间电 流的中值。η－变换器效率。
开关电源滤波电感器设计
一、电感分类
用于开关电源（图8-1）的电感有： ① 单线圈电感－输出滤波电感（Buck）、升压电感（Boost）、 反激电感（Buck-Boost）和输入滤波电感。 ② 多线圈电感－耦合输出滤波电感、反激变压器。 ③ EMI 共模滤波电感。
开关电源滤波电感器设计
电路中，电感有两个工作模式（图8-2）： ① 电感电流断续模式－瞬时安匝（在所有线圈中）在每个 开关周期内有一部分时间停留在零状态。 ② 电感电流连续模式－在一个周期内，电感电流尽管可以 过零（如倍流电路中滤波电感），电感的安匝（磁势） 没有停留在零的时间。