电源电感功耗计算
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电工常用计算公式及范例电工工作涉及很多计算,包括功率、电流、电压、电阻、电容、电感等等。
下面是一些电工常用的计算公式及范例:1.电功率计算公式:电功率(P)=电压(U)×电流(I)例如,如果给定一个电源电压为220伏,电流为5安的电路,计算其电功率:P=220×5=1100瓦特2.电流计算公式:电流(I)=电压(U)/电阻(R)例如,如果给定一个电阻为10欧的电路,电压为220伏,计算其电流:I=220/10=22安3.电压计算公式:电压(U)=电流(I)×电阻(R)例如,如果给定一个电流为2安的电路,电阻为4欧,计算其电压:U=2×4=8伏4.电阻计算公式:电阻(R)=电压(U)/电流(I)R=220/5=44欧5.串联电阻计算公式:串联电阻(R)=电阻1+电阻2+电阻3+...例如,如果给定一个串联电路,其中有三个电阻分别为10欧,20欧,30欧,计算其总电阻:R=10+20+30=60欧6.并联电阻计算公式:1/并联电阻(R)=1/电阻1+1/电阻2+1/电阻3+...例如,如果给定一个并联电路,其中有三个电阻分别为10欧,20欧,30欧,计算其总电阻:1/R=1/10+1/20+1/30=(6+3+2)/60=11/60R=60/11≈5.45欧7.电容计算公式:电容(C)=电容值(F)/电压(U)例如,如果给定一个电容值为100微法的电容器,电压为10伏C=100/10=10微法8.电感计算公式:电感(L)=电感值(H)×电流(I)L=2×5=10亨以上只是电工工作中的一些常见计算公式和范例,实际应用中仍然需要根据具体情况进行计算。
电工工作还涉及其他方面的计算,如电子元件的功耗、电路效率等等。
影响开关模式、DC-DC转换器效率的主要原因(转)2010-04-07 16:55影响开关模式、DC-DC转换器效率的主要因,本文详细介绍了开关电源(SMPS)中各个元器件损耗的计算和预测技术,并讨论了提高开关调节器效率的相关技术和特点。
概述效率是任何开关电源(SMPS)的重要指标,特别是便携式产品,延长电池使用寿命是一项关键的设计目标。
对于空间受限的设计或者是无法投入成本解决功率耗散问题的产品,高效率也是改善系统热管理的必要因素。
SMPS设计中,为获得最高转换效率,工程师必须了解转换电路中产生损耗的机制,以寻求降低损耗的途径。
另外,工程师还要熟悉SMPS IC的各种特点,以选择最合适的芯片来达到高效指标。
本文介绍了影响开关电源效率的基本因素,可以以此作为新设计的准则。
我们将从一般性介绍开始,然后针对特定的开关元件的损耗进行讨论。
效率估计能量转换系统必定存在能耗,虽然实际应用中无法获得100%的转换效率,但是,一个高质量的电源效率可以达到非常高的水平,效率接近95%。
绝大多数电源IC的工作效率可以在特定的工作条件下测得,数据资料中给出了这些参数。
Maxim的数据资料给出了实际测试得到的数据,其他厂商也会给出实际测量的结果,但我们只能对我们自己的数据担保。
图1给出了一个SMPS降压转换器的电路实例,转换效率可以达到97%,即使在轻载时也能保持较高效率。
采用什么秘诀才能达到如此高的效率?我们最好从了解SMPS损耗的公共问题开始,开关电源的损耗大部分来自开关器件(MOSFET和二极管),另外小部分损耗来自电感和电容。
但是,如果使用非常廉价的电感和电容(具有较高电阻),将会导致损耗明显增大。
选择IC时,需要考虑控制器的架构和内部元件,以期获得高效指标。
例如,图1采用了多种方法来降低损耗,其中包括:同步整流,芯片内部集成低导通电阻的MOSFET,低静态电流和跳脉冲控制模式。
我们将在本文展开讨论这些措施带来的好处。
boost电路电感计算公式【原创版】目录1.Boost 电路简介2.电感的作用和计算公式3.Boost 电路电感计算的实际应用正文一、Boost 电路简介Boost 电路,即升压电路,是一种用于将输入电压升高到输出电压的电路。
在电子设备中,常常需要不同电压等级的电源供应,而 Boost 电路能够实现这一功能。
与 Buck 电路(降压电路)相反,Boost 电路的输出电压大于输入电压。
二、电感的作用和计算公式在 Boost 电路中,电感(L)起着储能和滤波的作用。
电感的大小直接影响到输出电压的稳定性和效率。
计算电感大小的公式为:L = (Vout * Iout) / (Vin * Iin - ΔVin)其中,Vout 为输出电压,Iout 为输出电流,Vin 为输入电压,Iin 为输入电流,ΔVin 为输入电压的脉动幅值。
三、Boost 电路电感计算的实际应用在实际应用中,为了提高 Boost 电路的效率和稳定性,需要合理选择电感。
根据电感计算公式,可以通过调整电感大小来满足不同的输出电压需求。
例如,假设输入电压 Vin 为 12V,输出电压 Vout 为 18V,输入电流 Iin 为 3A,输出电流 Iout 为 2A,输入电压的脉动幅值ΔVin 为 3V。
代入公式,可得:L = (18V * 2A) / (12V * 3A - 3V) = 12H因此,在实际应用中,可以根据所需参数选择合适的电感值,以实现Boost 电路的优化。
总之,Boost 电路电感计算公式为 L = (Vout * Iout) / (Vin * Iin - ΔVin),通过合理选择电感,可以提高电路的效率和稳定性。
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详解PFC电感的计算PFC(Power Factor Correction,功率因数校正)电感是一种用于提高电源的功率因数的电感器件。
它可以通过校正电源的功率因数,减少无功功率的损耗,提高电源的效率。
根据欧姆定律,我们可以得出电感的计算公式:L=V/(2*π*f*I)其中,L为所需的电感值,V为输入电压,f为电源频率,I为所需要的电流。
首先,我们需要确定输入电压V和电源频率f。
电源的输入电压通常是标称电压,如220V或110V,而频率通常是50Hz或60Hz。
这些参数能够从电源的技术规格或标识中获取。
其次,我们需要确定所需的电流I。
一种常见的方法是通过观察负载电流波形来估计所需的电流。
根据电流波形的幅值和周期,我们可以得出平均电流的估计值。
然后,我们可以将这些数值代入公式进行计算。
假设输入电压V为220V、频率f为50Hz、所需电流I为10A,我们可以通过计算得到电感值L。
L=220/(2*3.14*50*10)≈0.07H(或者70mH)在实际应用中,通常会选择可用的最接近的标准电感值。
标准电感值可以从厂家的电感产品列表中获取。
如果所需电感值不在标准值列表中,可以选择较接近的较大值。
此外,在选择PFC电感时1.电流负载能力:PFC电感需要能够承受所需的电流,因此需要根据电流负载能力来选择合适的电感器件。
2.磁芯材料:选择适当的磁芯材料可以提高电感的效率和稳定性。
常见的磁芯材料包括铁氧体和铁素体。
3.尺寸和重量:PFC电感的尺寸和质量也是需要考虑的因素。
尺寸较小和重量较轻的电感器件可以节省空间和减轻系统的重量。
4.成本:成本也是选择PFC电感时需要考虑的因素之一、通常情况下,价格较低的电感器件是首选,但也需要确保所选电感的质量和性能符合要求。
总结起来,PFC电感的计算涉及到输入电压、频率和所需电流等因素。
选择合适的PFC电感需要综合考虑电流负载能力、磁芯材料、尺寸和重量以及成本等因素。
BUCK和BOOST变换器电感的设计前言对于电源工程师来说,设计中小功率Buck或Boost其基本任务之一是要计算电感。
然而,当你翻开电源教科书的时候,你经常会发现书中给你列出了一大堆公式,却让你无从下手,不得要领。
那么如何运用工程的方法快速地设计出一个适用的电感参数,可以方便地从商家的产品手册里找到你要的标准电感呢?作者在这里整理和归纳了与Buck和Boost电感设计有关的一系列实用计算方程和简单的工程设计方法。
1. 我们首先定义电感的电流纹波比:R = △I/ Ic (1) 这里Ic为电感电流的波形中心,△I为电感电流的变化摆幅。
电感电流的峰值:Ipk =Ic + △I/2 = Ic x (1 + R/2)(2) 2.分清变换器的最坏工作条件对于目标设计,我们要首先关注它的最坏工作情况,决定电感中的最大工作电流。
BUCK电路:BUCK电感电流波形的平均值(几何中心)等于负载电流,和输入电压无关。
改变输入电压,电感电流的波形中心几乎保持不变,但电感电流的峰值会随着输入电压增加而增加。
所以,BUCK变换器的电感电流的最坏工作条件是在最高输入电压下。
设计时,应该以最高输入电压为计算条件。
Ic = Io (3) D =V o / Vin (4)BOOST电路:由于BOOST电路只有在开关管关闭时,电感电流才能传递到输出负载,因此有Ic = Io / (1-D)(5) 对于BOOST电路,D=(V o-Vin) /V o (6) 所以,当Vin为最小时,BOOST电感中的Ic为最大。
设计时,应以最小输入电压为计算条件。
从以上分析我们可以看到,BUCK电路无论在开关管开启或关断时,电感都能持续地向负载输出电流。
而BOOST电路只有在开关管关断时,负载才能得到能量。
这就决定了,BOOST 电路的最大占空比不能为100%,否则,BOOST电路因为开关管的关断时间为0,负载而得不到能量而不能建立输出电压。
这一点在多数教科书中没有提到,以致于有些人糊里糊涂里在Boost变换器中使用了最大占空比为100%的单端PWM控制器。
反激开关电源的工作原理变压器电感计算反激开关电源是一种常见且广泛应用的电源设计,其工作原理涉及到变压器和电感的计算。
在了解反激开关电源的工作原理以及如何计算变压器和电感参数之前,首先我们需要了解反激开关电源的基本结构和工作原理。
反激开关电源由输入滤波电路、整流电路、能量存储元件、PWM控制电路和输出稳压电路等部分组成。
其中,能量存储元件通常采用电感元件,用于存储能量并实现电压转换。
PWM控制电路通过控制开关管的通断来调节输出电压,从而实现稳定的输出电压。
在反激开关电源的工作过程中,输入电压首先经过输入滤波电路进行滤波处理,然后经过整流电路转换为脉冲电压输入到能量存储元件中。
能量存储元件中的电感在输入信号变化时会存储和释放能量,从而实现电压转换。
PWM控制电路会根据输出电压的反馈信号来控制开关管的通断,调节输入到变压器的信号,从而实现稳定的输出电压。
在设计反激开关电源时,变压器和电感的参数计算是至关重要的。
变压器的参数包括匝数、芯型、匝比等,而电感的参数则包括电感值、电流波形等。
在计算变压器的参数时,需要根据输入输出电压、电流等参数来确定变压器的匝数和匝比,以及芯型的选择。
在计算电感参数时,则需要考虑电感值的大小以及电流波形对电感的影响。
需要注意的是,在进行变压器和电感的参数计算时,要考虑电路的效率、功率损耗以及工作频率等因素,以确保电源设计的稳定性和可靠性。
此外,还需要注意防止电磁干扰和电磁兼容性问题,以满足相关的电磁兼容标准要求。
综上所述,反激开关电源是一种常见的电源设计,在设计过程中需要充分理解其工作原理和计算变压器、电感等参数。
通过合理设计和计算,可以实现电源设计的稳定性和高效性,满足不同应用场景的需求。
1。
为开关电源选择合适的电感感常为储能元件,也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上,用来平滑电流。
电感也被称为扼流圈,特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。
换句话说,由于磁通连续特性,电感上的电流必须是连续的,否则将会产生很大的电压尖峰。
电感为磁性元件,自然有磁饱和的问题。
有的应用允许电感饱和,有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和,也有的应用不允许电感出现饱和,这要求在具体线路中进行区分。
大多数情况下,电感工作在“线性区”,此时电感值为一常数,不随着端电压与电流而变化。
但是,开关电源存在一个不可忽视的问题,即电感的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数),一个是不可避免的绕线电阻,另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。
杂散电容在低频时影响不大,但随频率的提高而渐显出来,当频率高到某个值以上时,电感也许变成电容特性了。
如果将杂散电容“集中”为一个电容,则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。
当分析电感在线路中的工作状况或者绘制电压电流波形图时,不妨考虑下面几个特点:1. 当电感L中有电流I流过时,电感储存的能量为:E=0.5×L×I2 (1)2. 在一个开关周期中,电感电流的变化(纹波电流峰峰值)与电感两端电压的关系为:V=(L×di)/dt (2)由此可看出,纹波电流的大小跟电感值有关。
3. 就像电容有充、放电电流一样,电感器也有充、放电电压过程。
电容上的电压与电流的积分(安·秒)成正比,电感上的电流与电压的积分(伏·秒)成正比。
只要电感电压变化,电流变化率di/dt也将变化;正向电压使电流线性上升,反向电压使电流线性下降。
计算出正确的电感值对选用合适的电感和输出电容以获得最小的输出电压纹波而言非常重要。
从图1可以看出,流过开关电源电感器的电流由交流和直流两种分量组成,因为交流分量具有较高的频率,所以它会通过输出电容流入地,产生相应的输出纹波电压dv=di×R ESR。
4KW PFC 相关电容电感计算1. 输入电容计算参阅IR1153应用规格书2000W PFC 计算如下:因为()()2L IN RMS MAX IN I sw IN RMS MIN I C k f r V π∆=⨯⨯⨯ ,所以需要先求()IN RMS MAX I ,参阅IR1153应用规格书2000W PFC 计算如下:当P OUT =4000W 时,()()400043480.92O MAX IN MAX MIN P W P W η===; 因为一般需要对市电220VAC (﹣10%,+15%)变动范围内的PFC 运行情况进行确认是否存在异常,即198V~254VAC ,所以()198IN RMS MIN V V =。
假设当PFC 在4000W负载情况下运行功率因数cos φ为0.998,则: ()()()400022()0.921980.998O MAX IN RMS MAX MIN IN RMS MIN P W I A V PF V η===⨯⨯; ()()222231.1IN PEAK MAX IN RMS MAX I I A A ==⨯=; 综上所述,高频输入电容计算如下所示:()()2235% 3.12222.29%198L IN RMS MAX IN I sw IN RMS MIN I A C k uF f r V kHz Vππ∆==⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯; 所以一个标准的3.3uF 或者2.2uF ,630V 的聚酯(薄膜)电容可以选用。
2. 输出电容计算参阅IR1153应用规格书2000W PFC 计算如下:由计算公式:()22()2O OUT MIN O O MIN P t C V V ⨯⨯∆=- ,当P OUT =4000W 时,对于50Hz 的市电来讲, 20t ms ∆=,380O V V =,()285O MIN V V =?,将各个参数代入得:()2224000201601602533(380)(285)1444008122563175OUT MIN W ms C uF V V ⨯⨯====--,增加20%余量:()25333166.25110.2OUT MIN OUT TOL C uF C uF C ===-∆-; 所以4个680uF /450V 的电容并联使用达2720uF 可以满足4000W PFC 的需要。
电感损耗包括铁损和铜损。
电感磁芯中的功耗磁滞损耗和涡流损耗。
电感线圈中的功耗介绍。
解决方案:
xx定律等数学物理方法计算功耗。
双极性变化的磁通对电感施加变化的正弦电压信号得到磁芯损耗与磁感应强度的关系曲线。
用估算法计算电感总损耗。
众所周知,电感损耗包括两方面:
其一是与磁芯相关的损耗,即传统的铁损;其二是与电感绕组相关的损耗,即通常所谓的铜损。
功率电感在开关电源中作为一种储能元件,开关导通期间存储磁能,开关断开期间把存储的能量传送给负载。
磁滞特性是磁芯材料的典型特性,正是它产生电感磁芯的损耗。
导磁率越大,磁滞曲线越窄,磁芯功耗越小。
电感磁芯中的功耗
电感在一个开关周期内由于磁场强度改变产生的能量损耗是在开关导通期间输入电感的磁能与开关断开期间输出磁能之间的差值。
如果用ET代表一个开关周期电感的能量,则:。
根据安培定律:
和xx定律:
,上述等式中的ET为:。
随着电感电流减小,磁场强度减弱,而磁感应强度从另一回路返回并变小。
在此期间,大部分能量传送给负载,而存储能量和传送能量之间的差值即为损失的能量。
而磁芯由于磁滞特性引起的功耗是上述能量损耗乘以开关频
率。
该损耗大小与艬n有关,对于大多数铁氧体材质磁芯而言,n介于2.5~3之间。
到目前为止,上述磁芯储能和损耗的推导与结论都基于下列条件:
磁芯工作在非饱和区;开关频率在磁芯正常工作范围内。
电感磁芯除了上述的磁滞损耗外,第二种主要损耗是涡流损耗。
感应涡流在磁芯中流动将产生I2×R(或V2/R)的功耗。
如果把磁芯想象为一个高阻值元件RC,那么,在RC将产生感应电压,根据法拉第定律,,其中AC为磁芯的有效截面积,因此功耗为:
,由此可见,磁芯由于涡流导致的功耗与磁芯中单位时间内磁通变化量的平方成正比。
另外,由于磁通变化量直接与所加电压成正比,所以,磁芯的涡流功耗与电感电压和占空比成正比,即:
,其中VL为电感电压,tAPPLIED为一个开关周期(TP)中开关的导通(ON)或截止(OFF)时间。
由于磁芯材料的高阻特性,通常涡流损耗比磁滞损耗小得多,通常数据手册中给出的磁芯损耗包括涡流损耗和磁滞损耗。
为电流渗透率(为导体的电阻率,是绕组材料的电阻系数(通常为铜材,其),Area为绕阻导线有效截面积。
由于体积较小的电感通常采用线径较细的导线,因此有效截面积较小,直流电阻较大。
再者,电感量较大的电感需要绕制的匝数较多,因此线圈导线较长,电阻也会增大。
对于直流电压,线圈损耗是由于绕组的直流电阻(RDC)产生的,电感的数据手册都会给出该参数。
随着频率的提高,将出现众所周知的电流趋肤现象,因此对于交流电,绕阻的实际电阻会随频率的升高而增大,大于RDC,绕阻的铜损增加。
电感线圈交流电阻的大小由特定频率下电流在导体中的渗透深度决定。
渗透深度界定点为:
该点的电流密度减小到导体表面电流密度的1/e(或直流电时),计算公式为:
,其中实际电感的功耗还包括线圈中的功耗,即铜损(或线损)。
直流供电时,线圈中的功耗是因为线圈导线并非理想导体,有直流电阻存在,有电流流过时,将消耗功率,即IRMS2×RDC。
线圈的电阻定义为:
,其中r0×=(铜材的渗透率为1))。
当导体为扁平或导体的线材半径远大于渗透深度时,上述公式的计算结果很准确。
需要说明的是,交流电阻(RAC)产生功耗仅针对交变电流。
要确定RAC,首先需要计算铜线在特定频率下的有效截面积。
当导体半径远大于渗透深度时,其有效导电区域是导体截面的一个圆环,外径为导线的半径,外环与内环的差值正好等于渗透深度。
由于导体的电阻率不变,因此RAC 与RDC 的比值就是它们有效导电截面积之比,即:
,该比值乘以RDC,其结果等于给定频率下,自由空间中导线的交流电阻RAC。
然而,电感线圈中的涡流还受其附近导体的影响,而电感线圈是由多匝导线通过重叠、并行绕制而成,因此,产生的涡流和由此导致的电阻值增加比单纯的因趋肤效应产生的影响严重得多。
由于线圈结构复杂度及线圈的绕制方式、线与线之间距离的影响,RAC的变化和具体计算方法十分复杂,本文篇幅有限,不在此赘述。
功耗估算
利用图1所示的简单电路可以阐明电感中的功耗情况,其中RC为磁芯损耗,RAC和H电感FP3-4R7,电感的电流纹波(艻(t))为621mA。
磁感应强度的峰值差(艬)是需要关注的指标,确定艬可根据电感数据手册的计算公式,,其中K 为常量,对于本例,K=105。
因此,=613高斯。
估算艬的另一种方法是,绕组上电压与时间的乘积与电感匝数和有效截面积乘积之比,即:。
根据电感FP3数据手册,在艬为613高斯时,其磁芯损耗大约为
470mW。
图1中RC是等效该磁芯功耗的并联电阻,其阻值大小根据电感两端电压的均方根值(RMS)及其磁芯损耗计算得出:
,因此,RC=。
RDC分别代表与绕组相关的线圈的交流和直流损耗。
RC
根据磁芯损耗计算或估算而定,而RDC和RAC分别为线圈的直流电阻或受趋肤效应、邻近感应影响的交流电阻。
下面以双输出降压型开关电源MAX5073为例说明如何建立该等效模型。
输入电压为12V,输出5V、2A,采用Coiltronics公司的4.7。
开关频率为1MHz时,电感纹波电流的基波渗透深度在TA=+20℃时是根据电感的数据手册,室温下,RDC为40m
0.065mm,而绕组的线径大约为0.165mm,因此,RAC=。
只有电感上交流电流的均方根电流才在该电阻消耗功率,均方根电流为:。
综上所述,电感总损耗的估算结果为:
PRDC+PRAC+PCORE=IDC2×RDC+IACRMS2×RAC+470mW=632mW。