常用電子元器件分類(lèi)及選型（正激）

六、 電感(正激電感▲)

分類(lèi)：按結(jié)構(gòu)分線(xiàn)繞電感和非線(xiàn)繞電感;固定式和可調(diào)式。

按貼裝分貼片式電感和插件式電感。

按頻率分高頻、中頻、低頻電感器。

按用途分振蕩電感器、校正電感器、顯像管偏轉(zhuǎn)電感器、

阻流電感器、濾波電感器、儲(chǔ)能電感器、被償電感器等

選型：因電感類(lèi)的種類(lèi)多，講起來(lái)很繁瑣，特兼顧設(shè)計(jì)方面講解正激電感略帶濾波器和濾波電感

1. 濾波電感

濾波電感作為輸入濾波來(lái)說(shuō)，都是濾除差模雜訊，材質(zhì)一般為鎳鋅R棒居多(較少用鐵粉芯環(huán)或鎳鋅環(huán))，電感量一般根據(jù)具體通過(guò)EMI(如EN55015標(biāo)準(zhǔn))為幾百u(mài)H-1mH之間。線(xiàn)徑選取根據(jù)最嚴(yán)酷條件，以及溫升選取。

輸出濾波電感，一般是平滑紋波以及消除MOS管或二極管的開(kāi)關(guān)噪聲，材質(zhì)一般為鎳鋅R棒或工字，電感量一般選取幾u(yù)H-幾十uH。線(xiàn)徑選取根據(jù)最嚴(yán)酷條件，以及溫升選取。

2. 濾波器

濾波器作為輸入濾波來(lái)說(shuō)，都是濾除共模雜訊(由于共模濾波器很難做到完全電感量對(duì)稱(chēng)，所以會(huì)充當(dāng)一部分差模電感濾除差模雜訊)，材質(zhì)一般為高導(dǎo)錳鋅環(huán)，少數(shù)會(huì)用到非晶環(huán)，電感量一般根據(jù)具體通過(guò)EMI(如EN55015標(biāo)準(zhǔn))為幾mH-幾十mH之間。線(xiàn)徑選取根據(jù)最嚴(yán)酷條件，以及溫升選取。

當(dāng)然部分情況濾波器會(huì)用到次級(jí)，也是為過(guò)EMI，電感量一般在幾百u(mài)H。線(xiàn)徑選取根據(jù)最嚴(yán)酷條件，以及溫升選取。

3. 正激電感 ▲

設(shè)計(jì)

首先，以正激電感為研究對(duì)象，進(jìn)行研究。在一個(gè)周期中，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候，正激電感兩端被加上一個(gè)電壓，其電流不是突變的，而是線(xiàn)性的上升的，有公式I=V*Ton/L，這幾項(xiàng)分別表示電感電流的增量，輸入電壓，開(kāi)通時(shí)間，電感量。而這個(gè)電壓是變壓器副邊放出的。在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的時(shí)候，電感器以一個(gè)恒定的電壓放電，其電流即會(huì)線(xiàn)性的下降，同樣遵守這個(gè)公式，即I=Vo*Toff/L，一個(gè)周期中，放電電流等于充電電流，所以上兩式相等，再用1-D代替Toff，D代替Ton，于是從上兩式中得到Vo=V*D。畫(huà)出電感兩端的電壓電流波形如下圖。

上為電流波形，下為電壓波形。所以，設(shè)計(jì)的第一步就是確定這個(gè)原邊電流(倒映)的波形。

下面，以12V/24A的電源為例，介紹一下設(shè)計(jì)步驟。

1. 選取最低輸入電壓(直流)Vimin：175V;輸出電壓Vo：12V;輸出電流Io：24A;估算效率：80%;工作頻率f：65KHz;最大占空比D：0.6;輸出整流管正向壓降Vfo：1.5V。

2. 根據(jù)公式Vs=Vo/D+Vfo計(jì)算正激電感輸入電壓，即變壓器付邊繞組輸出電壓，為21.5V

3. 選定輸出紋波電流峰峰值Ir，范圍一般為輸出電流的10%～50%，這里選為4.3A。

4. 根據(jù)公式Ip=Io+Ir/2計(jì)算正激電感的電流峰值為26.15A。

5. 根據(jù)公式L=(Vs-Vfo-Vo) *D /f /Ir計(jì)算電感量為17.17uH

6. 根據(jù)公式ILRMS=IP*根號(hào)下的[〈((Ir/Ip)的平方/3-(Ir/Ip)+1)*D〉+〈((Ir/Ip)的平方/3-(Ir/Ip)+1)*(1-D)〉]計(jì)算電感電流的有效值為24.03A。

7. 根據(jù)環(huán)境及工藝條件選取載流密度，一般為4～10A/平方mm，風(fēng)冷狀態(tài)、良好散熱及較短持續(xù)時(shí)間的可選到20以?xún)?nèi)。據(jù)此選擇合適的線(xiàn)徑。

8. 如果選用鐵氧體磁心做電感，需根據(jù)磁心的截面積選擇繞制匝數(shù)，使根據(jù)B=L*IP/N/SE計(jì)算出的B值在0.2~0.3以?xún)?nèi)，再根據(jù)Lg=N^2/L*4Π*0.0000001*SE計(jì)算氣隙長(zhǎng)度。

9. 如果選用金屬粉末磁環(huán)做電感，可用廠(chǎng)家提供的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。本例中用Micrometals公司的T106-26鐵粉環(huán)，繞制28T，可保證24A電流下電感量為17uH;靜態(tài)電感量為70uH。

特別注意：正激是從buck電路演變而來(lái)，所以考驗(yàn)正激電感的是在最高輸入電壓的時(shí)候，所以以上計(jì)算還需要用高輸入電壓計(jì)算一遍。

七、變壓器▲

分類(lèi)：按結(jié)構(gòu)分：雙卷變壓器、三卷變壓器和自藕變壓器。

按相數(shù)分：?jiǎn)蜗嘧儔浩?、?相變壓器。

按用途分：電力變壓器、試驗(yàn)用變壓器、測(cè)量變壓器(互感器)、礦用變壓器、 調(diào)壓器、電抗器、整流變壓器、電焊變壓器、沖擊變壓器等。

按中性點(diǎn)絕緣水平分：全絕緣變壓器和半絕緣變壓器。

按電源拓?fù)浞郑簡(jiǎn)味朔醇?、單端正激、推挽、半橋、全橋變壓?目前較流行還有一種LLC諧振變壓器)。

設(shè)計(jì)：因會(huì)設(shè)計(jì)正激變壓器了，雙端的推挽、半橋和全橋就相應(yīng)的會(huì)了，所以本次設(shè)計(jì)以單端反激和單端正激變壓器設(shè)計(jì)為例

1.單端反激變壓器設(shè)計(jì)

計(jì)算反激變壓器，就是要先選定一個(gè)工作點(diǎn)，在這個(gè)工作點(diǎn)上算，這個(gè)是最苛刻的一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是最低的交流輸入電壓(反激電路由boost電路演變而來(lái))，對(duì)應(yīng)于最大的輸出功率。下面我就來(lái)算了一個(gè)輸入85V到265Vac，輸出5V，2A 的電源，開(kāi)關(guān)頻率是100KHz。

第一步就是選定原邊反射電壓Vor，這個(gè)值是由自己來(lái)設(shè)定的，這個(gè)值就決定了電源的占空比。

這是一個(gè)典型的單端反激式開(kāi)關(guān)電源，來(lái)分析一下一個(gè)工作周期，當(dāng)開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候，原邊相當(dāng)于一個(gè)電感，電感兩端加上電壓，其電流值不會(huì)突變，而線(xiàn)性的上升，有公式上升了的I=Vs*ton/L,這三項(xiàng)分別是原邊輸入電壓，開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)間，和原邊電感量.在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的時(shí)候，原邊電感放電，電感電流又會(huì)下降，同樣要尊守上面的公式定律，此時(shí)有下降了的I=Vor*Toff/L,這三項(xiàng)分別是原邊感應(yīng)電壓，即放電電壓，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)間，和電感量.在經(jīng)過(guò)一個(gè)周期后，原邊電感電流的值會(huì)回到原來(lái)，不可能會(huì)變，所以，有Vs*Ton/L=Vor*Toff/L,，上升了的，等于下降了的，上式中可以用D來(lái)代替Ton，用1-D來(lái)代替Toff，移項(xiàng)可得，D=Vor/(Vor+Vs)。此即是最大占空比了。比如選定感應(yīng)電壓為80V，Vs為90V ，則D=80/(80+90)=0.47

第二步,落實(shí)原邊電流波形的參數(shù).

原邊電流波形有三個(gè)參數(shù),平均電流,有效值電流,峰值電流.,首先要知道原邊電流的波形,原邊電流的波形如下圖所示.這是一個(gè)梯形波橫向表示時(shí)間,縱向表示電流大小,這個(gè)波形有三個(gè)值,一是平均值,二是有效值,三是其峰值,平均值就是把這個(gè)波形的面積再除以其時(shí)間.如下面那一條橫線(xiàn)所示,首先要確定這個(gè)值，這個(gè)值是這樣算的，電流平均值=輸出功率/效率*VS?，F(xiàn)在下一步就是求電流峰值，我們自己還要設(shè)定一個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)就是Krp，所謂Krp，就是指最大脈動(dòng)電流和峰值電流的比值這個(gè)比值下圖分別是最大脈動(dòng)電流和峰值電流。是在0和1之間的。這個(gè)值很重要。已知了Krp，現(xiàn)在要解方程了，已知這個(gè)波形一個(gè)周期的面積等于電流平均值*1，這個(gè)波形的面積等于，峰值電流*KRP*D+峰值電流*(1-Krp)*D，所以有電流平均值等于上式，解出來(lái)峰值電流=電流平均值/(1-0.5Krp)*D。比如說(shuō)我這個(gè)輸出是10W，設(shè)定效率是0.8.則輸入的平均電流就是10/0.8*90=0.138A,我設(shè)定Krp的值是0.6而最大值=0.138/(1-0.5KRP).D=0.138/(1-0.5*0.6)*0.47=0.419A.

第三個(gè)電流參數(shù),就是這個(gè)電流的有效值,電流有效值和平均值是不一樣的,有效值的定義就是說(shuō)把這個(gè)電流加在一個(gè)電阻上,若是其發(fā)熱和另處一個(gè)直流電流加在這個(gè)電阻上發(fā)熱效果一樣的話(huà),那么這個(gè)電流的有效值就等于這個(gè)直流的電流值.所以這個(gè)電流的有效值不等于其平均值,一般比其平均值要大.而且同樣的平均值,可以對(duì)應(yīng)很多個(gè)有效值,若是把Krp的值選得越大,有效值就會(huì)越大,有效值還和占空比D也有關(guān)系,總之.它這個(gè)電流波形的形狀是息息相關(guān)的.我就直接給出有效值的電流公式,這個(gè)公式要用積分才能推得出來(lái),我就不推了,只要大家區(qū)分開(kāi)來(lái)有效值和平均值就可以了.

電流有效值=電流峰值*根號(hào)下的D*(Krp的平方/3-Krp+1)如我現(xiàn)在這個(gè),電流有效值=0.419*根號(hào)下0.47*(0.36/3-0.6+1)=0.20A.所以對(duì)應(yīng)于相同的功率,也就是有相同的輸入電流時(shí),其有效值和這些參數(shù)是有關(guān)的,適當(dāng)?shù)恼{(diào)整參數(shù),使有效值最小,發(fā)熱也就最小,損耗小.這便優(yōu)化了設(shè)計(jì).

第三步,開(kāi)始設(shè)計(jì)變壓器準(zhǔn)備工作.已知了開(kāi)關(guān)頻率是100KHz則開(kāi)關(guān)周期就是10微秒了,占空比是0.47.那么Ton就是4.7微秒了.記好這兩個(gè)數(shù),對(duì)下面有用.

第四步,選定變壓器磁芯,這個(gè)就是憑經(jīng)驗(yàn)了,如果你不會(huì)選,就估一個(gè),計(jì)算就行了,若是不行,可以再換一個(gè)大一點(diǎn)的或是小一點(diǎn)的,不過(guò)有的資料上有如何根據(jù)功率去選磁芯的公式或是區(qū)線(xiàn)圖,還有AP法等，大家不妨也可以參考一下.我一般是憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)的。

第五步,計(jì)算變壓器的原邊匝數(shù),原邊使用的經(jīng)徑.計(jì)算原邊匝數(shù)的時(shí)候,要選定一個(gè)磁芯的振幅B,即這個(gè)磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化區(qū)間,因?yàn)榧由戏讲妷汉?這個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度是變化的,正是因?yàn)樽兓?所以其才有了變壓的作用,NP=VS*TON/SJ*B,這幾個(gè)參數(shù)分別是原邊匝數(shù),最小輸入電壓,導(dǎo)通時(shí)間,磁芯的橫節(jié)面積和磁芯振幅,一般取B的值是0.1到0.2之間,最大不超過(guò)0.3(當(dāng)然也有例外，有時(shí)可以選到0.4，根據(jù)具體情況)。取得越小,變壓器的鐵損就越小,但相應(yīng)變壓器的體積會(huì)大些.這個(gè)公式來(lái)源于法拉弟電磁感應(yīng)定律,這個(gè)定律是說(shuō),在一個(gè)鐵心中,當(dāng)磁通變化的時(shí)候,其會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓,這個(gè)感應(yīng)電壓=磁通的變化量/時(shí)間T再乘以匝數(shù)比,把磁通變化量換成磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量乘以其面積就可以推出上式來(lái),簡(jiǎn)單吧.我的這個(gè)NP=90*4.7微秒/32平方毫米*0.15,得到88匝0.15是我選取的了值.算了匝數(shù),再確定線(xiàn)徑,一般來(lái)說(shuō)電流越大,線(xiàn)越熱,所以需要的導(dǎo)線(xiàn)就越粗,,需要的線(xiàn)徑由有效值來(lái)確定,而不是平均值.上面已經(jīng)算得了有效值,所以就來(lái)選線(xiàn),我用0.25的線(xiàn)就可以了,用0.25的線(xiàn),其面積是0.049平方毫米,電流是0.2安,所以其電流密度是4.08,可以,一般選定電流密度是4到10安第平方毫米.記住這一點(diǎn),這很重要.若是電流很大,最好采用兩股或是兩股以上的線(xiàn)并繞,因?yàn)楦哳l電流有趨效應(yīng),這樣可以比較好.

第六步,確定次級(jí)繞組的參數(shù),圈數(shù)和線(xiàn)徑。記得原邊感應(yīng)電壓吧,這就是一個(gè)放電電壓,原邊就是以這個(gè)電壓放電給副邊的,看上邊的圖,因?yàn)楦边呡敵鲭妷簽?V,加上肖特基管的壓降,就有5.6V,原邊以80V的電壓放電,副邊以5.6V的電壓放電,那么匝數(shù)是多少呢,當(dāng)然其遵守變壓器那個(gè)匝數(shù)和電壓成正比的規(guī)律.所以副邊電壓=NS*(UO+UF)/VOR,其中UF為肖特基管壓降.如我這個(gè)副邊匝數(shù)等于88*5.6/80,得6.16,整取6匝.再算副邊的線(xiàn)徑,當(dāng)然也就要算出副邊的有效值電流啦,副邊電流的波形會(huì)畫(huà)嗎,我畫(huà)給大家看一下。

畫(huà)的不太對(duì)稱(chēng),只要知道這個(gè)意思,就可以了.有突起的時(shí)間是1-D,沒(méi)有突起的是D,剛好和原邊相反,但其Krp 的值和原邊相同的這下知道了這個(gè)波形的有效值是怎么算的了吧,哦,再提醒一句,這個(gè)峰值電流就是原邊峰值電流乘以其匝數(shù)比,要比原邊峰值電流大數(shù)倍。

第七步確定反饋繞組的參數(shù),反饋是反激的電壓,其電壓是取自輸出級(jí)的,所以反饋電壓是穩(wěn)定的,TOP 的電源電壓是5.7到9V,繞上7匝,那么其電壓大概是6V多,這就可以了,記得,反饋電壓是反激的,其匝數(shù)比要和幅邊對(duì)應(yīng),至于線(xiàn),因?yàn)榱鬟^(guò)其的電流很小,所以就用繞原邊的線(xiàn)繞就可以了,無(wú)嚴(yán)格的要求.

第八步,確定電感量.記得原邊的電流上升公式嗎I=Vs*Ton/L。因?yàn)槟阋呀?jīng)從上面畫(huà)出了原邊電流的波形,這個(gè)I就是:峰值電流*Krp,所以L(fǎng)=Vs*Ton/峰值電流*Krp,知道了嗎,從此就確定了原邊電感的值.

第九步,驗(yàn)證設(shè)計(jì),即驗(yàn)證一下最大磁感應(yīng)強(qiáng)度是不是超過(guò)了磁芯的允許值,有BMAX=L*IP/SJ*NP.這個(gè)五個(gè)參數(shù)分別表示磁通最大值,原邊電感量,峰值電流,原邊匝數(shù),這個(gè)公式是從電感量L的概念公式推過(guò)來(lái)的,因?yàn)長(zhǎng)=磁鏈/流過(guò)電感線(xiàn)圈的電流,磁鏈等于磁通乘以其匝數(shù),而磁通就是磁感應(yīng)強(qiáng)度乘以其截面積,分別代入到上面,即當(dāng)原邊線(xiàn)圈流過(guò)峰值電流時(shí),此時(shí)磁芯達(dá)到最大磁感應(yīng)強(qiáng)度,這個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度就用以上公式計(jì)算.BMAX的值一般一要超過(guò)0.3T (有時(shí)可以選到0.4，根據(jù)具體情況),若是好的磁芯,可以大一些,若是超過(guò)了這個(gè)值,就可以增加原邊匝數(shù),或是換大的磁芯來(lái)調(diào).

總結(jié)一下:

設(shè)計(jì)高頻反激變壓器,有幾個(gè)參數(shù)要自己設(shè)定,這幾個(gè)參數(shù)就決定了開(kāi)關(guān)電源的工作方式,第一是要設(shè)定最大占空比D,這個(gè)占空比是由你自己設(shè)定的感應(yīng)電壓VOR來(lái)確定的,再就是設(shè)定原邊電流的波形,確定Krp的值,設(shè)計(jì)變壓器時(shí),還要設(shè)定其磁芯振幅B,這又是一個(gè)設(shè)定,所有這些設(shè)定,就讓這個(gè)開(kāi)關(guān)電源工作在你設(shè)定的方式之下了.要不斷的調(diào)整,工作在一個(gè)對(duì)你來(lái)說(shuō)最好的狀態(tài)之下,這就是高頻反激變壓器的設(shè)計(jì)任務(wù)。

2.單端正激變壓器設(shè)計(jì)

正激變壓器和反激變壓器最大的區(qū)別就是正激變壓器不要開(kāi)氣隙，要求其電感量盡量大。正激變壓器原邊也有電流，但這個(gè)電流不是其自己通過(guò)輸入電壓儲(chǔ)存來(lái)的，而是從副邊電感上感應(yīng)過(guò)來(lái)的，知道了這一點(diǎn)，正激變壓器就好設(shè)計(jì)了。

第一步：根據(jù)所選磁心的截面積SeT及預(yù)選的變壓器工作B值(BT)計(jì)算變壓器原邊匝數(shù)，公式為NP=Vimin*(1/f)*D/(SeT*BT)。本例中選用ER28磁心，查截面積SeT=81.4平方mm;預(yù)選BT=0.33T;計(jì)算結(jié)果為60.136匝，選用60匝。

第二步：根據(jù)公式NS=Np*Vs/Vimin計(jì)算付邊匝數(shù)為7.37匝，選取7匝。

第三步：計(jì)算匝比N=Np/Ns=8.571

第四步：計(jì)算原邊電流峰值Ipp=Ip/N=3.051A

第五步：計(jì)算原邊電流有效值Iprms=Ipp*根號(hào)下的(((Ir/Ip)^2/3-Ir/Ip+1)*D)=2.17A，據(jù)此選擇原邊線(xiàn)徑。

第六步：付邊電流峰值Ips=Ip，計(jì)算付邊電流有效值Isrms=Ip*根號(hào)下(((Ir/Ip)^2/3-Ir/Ip+1)*D)=18.62A，據(jù)此選擇付邊線(xiàn)徑。

總結(jié)一下：

設(shè)計(jì)高頻正激變壓器，相比反激而言，簡(jiǎn)單很多，沒(méi)有什么好特別注意的，相反正激電感是設(shè)計(jì)正激的重點(diǎn)，需要精心設(shè)計(jì)，正激變壓器只是一個(gè)一個(gè)“水管子”只要有勵(lì)磁電流(很小的電流)來(lái)維持即可。

八、PCB板

分類(lèi)：

按層數(shù)分：?jiǎn)蚊姘?，雙面板，多層板。

按顏色分：自然色，黑色，白色，黃色等。

按材質(zhì)分：FR-1，CEM-1，CEM-3，F(xiàn)R-4等。

選型以及注意事項(xiàng)

1、板材：包括材料類(lèi)型，板材基材厚度，基材銅箔厚度，阻焊顏色，字符顏色，是否要求特定的板材供應(yīng)商有無(wú)諸如介電等方面的要求。

2、加工板邊尺寸、公差、翹曲度及有無(wú)特殊要求。

3、表面涂敷要求：環(huán)氧OSP、噴錫、鍍金等要求

4、孔徑最小孔徑，精度公差，孔內(nèi)質(zhì)量要求孔內(nèi)最小銅厚，孔徑公差，焊盤(pán)公差尺寸要求，是否要喇叭孔等。

5、表面阻焊顏色，厚度，有無(wú)供應(yīng)商要求，阻焊圈的其他要求，字符油墨顏色，LOGO標(biāo)記，UL標(biāo)記等其他方面

6、離子污染度要求，阻抗要求等

7、線(xiàn)寬線(xiàn)距精度要求，線(xiàn)厚要求除了通斷之外其他質(zhì)量要求和次表面質(zhì)量問(wèn)題，

8、機(jī)加工類(lèi)型，銑，沖(模具)，V-CUT，金手指倒角、板邊機(jī)加工缺陷允收范圍;

9、拼板供貨方式，單個(gè)還是連排，工藝邊定位點(diǎn)固定孔處理方式等;一定考慮波峰焊流向。

10、包裝方式(紙包、真空、帶裝、紙箱等)，運(yùn)輸方式，儲(chǔ)存方式(防潮、防氧化、防灰塵等)