高手教你如何計(jì)算逆變器輸出濾波電感
在全橋的逆變器當(dāng)中,濾波電感是非常重要的一種元件,電感值的確定將直接影響到電路的工作性能。本篇文章將為大家介紹一種逆變器當(dāng)中濾波電感的計(jì)算方法以及所用材料。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/327523.htm想要確定逆變器當(dāng)中的濾波電感值,我們首先需要確定電感的LC值,而后在此基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
一般來(lái)說(shuō),逆變?yōu)V波電感使用Iron Powder材料,或High Flux、Dura Flux材料,F(xiàn)errite也可以。一般應(yīng)保證其鐵損與銅損有一個(gè)比例,如0.2~0.4,之所以不用0.5(此時(shí)效率最高),是因?yàn)樯岬膯?wèn)題。
對(duì)于上圖所示的半橋逆變電路,由于其輸出為正弦波,按照電路原理,其在輸出過(guò)零點(diǎn)時(shí),SPWM波的占空比最高(0.5,不計(jì)死區(qū)時(shí)間),此時(shí)電感上的dB最高,ripple電流也最大,為:
Ippmax=Vi/(4fL)(1)
f為SPWM波頻率,L為濾波電感量。
相應(yīng)的B值為:
Bpkmax=10e8*Vi/(8fAN) (2)
A為磁芯截面,N為匝數(shù),單位為厘米克秒制,磁密單位為Gauss。將(1)式代入(2),可得:
Bpkmax=10e8IppL/(2AN)(3)
當(dāng)輸出電壓瞬時(shí)值不為零時(shí),可經(jīng)由Bus電壓減輸出電壓而得出L上的電壓,再按照占空比的頻率可得每一個(gè)SPWM周期的Bpk,其與輸出電壓的關(guān)系如下:
Vo/Vi在圖中最高比例為0.5,這只對(duì)輸出峰值等于Bus電壓的情況。在實(shí)際使用中,如果需要更高的輸出精度,Bus還會(huì)降低,比值相應(yīng)變小。同時(shí)也可以看出,輸出電壓越高,磁密變化越低。上圖可以幫助我們理想磁芯內(nèi)的磁密變化,卻并不利于直接計(jì)算損耗。
下圖給出了在不同輸出電壓峰值的情況下,平均損耗與最大損耗在不同材料下的比值。當(dāng)然,損耗最大發(fā)生在輸出為零的情況。
在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),只需知道輸出電壓峰值及Bus電壓大小。按式(2)或(3)再經(jīng)由Steinmetz公式Pmax=k*Bpkmax*n*f*m就可知Pmax,從而可知Pave,也就是您所設(shè)計(jì)電感的鐵損。
至于銅損,相信再簡(jiǎn)單不過(guò)了,按輸出電流有效值乘L的DC電阻就可以了。ripple就不必考慮了,太麻煩。如果頻率夠高,有渦流的話,再乘一個(gè)系數(shù)。倒是溫度系數(shù)不得不考慮。
下面給出一些材料的n值,方便查找曲線:
Micrometals
其它材料,廠商都有提供n值,或者其它類似參數(shù),到時(shí)再算一下。
還有一點(diǎn),通過(guò)控制理論和上述方法算出的最優(yōu)解未必符合,自已取舍了。
本文主要給出了全橋逆變器當(dāng)中濾波電感的計(jì)算方法,并對(duì)濾波電感的材質(zhì)的選擇進(jìn)行了建議,對(duì)新手設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)有著很大的幫助。希望大家在看過(guò)本篇文章之后,能學(xué)會(huì)逆變器當(dāng)中濾波電感的計(jì)算方法,從而為自己的設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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