电路原理中耦合电感中主要有的问题

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单端初级电感转换器 (SEPIC) 能够通过一个大于或者小于调节输出电压的输入电压工作。除能够起到一个降压及升压转换器的作用以外,SEPIC还具有最少的有源组件、一个简易控制器和钳位开关波形,从而提供低噪声运行。看是否使用两个磁绕组,是我们识别的一般方法。这些绕组可绕于共用铁芯上,其与耦合双绕组电感的情况一样,或者它们也可以是两个非耦合电感的单独绕组。设计人员通常不确定哪一种方法最佳,以及两种方法之间是否存在实际差异。本文对每种方法进行研究,并讨论每种方法对实际 SEPIC 设计产生的影响。
图1显示了耦合电感的基本SEPIC。当FET (Q1) 开启时,输入电压施加于初级绕组。由于绕组比为1:1,因此次级绕组也被施加了一个与输入电压相等的电压;但是,由于绕组的极性,整流器 (D1) 的阳极被拉负,并被反向偏置。整流器偏颇关闭,要求输出电容在这种&导通&时间期间支持负载,从而强迫AC电容 (CAC) 充电至输入电压。Q1开启时,两个绕组的电流为Q1到接地,而次级电流流经AC电容。&导通&时间期间总FET电流为输入电流和输出次级电流的和。
FET关闭时,绕组的电压反向极性,以维持电流。整流器导电向输出端提供电流时,次级绕组电压现在被钳位至输出电压。通过变压器作用,它对初级绕组的输出电压进行钳位。FET的漏极电压被钳位至输入电压加输出电压。FET&关闭&时间期间,两个绕组的电流流经D1至输出端,而初级电流则流经AC电容。
伏-微秒平衡
耦合电感由两个非耦合电感代替时,电路运行情况类似。要让电路正确运行,必须在每个磁芯之间维持伏-微秒平衡。也就是说,对于两个非耦合电感而言,在FET&导通&和&关闭&时间期间,每个电感电压和时间的积必须大小相等,而极性相反。通过代数方法表明,非耦合电感的AC电容电压也被充电至输入电压。在FET&关闭&时间期间,输出端电感被钳位至输出电压,其与耦合电感的次级绕组一样。在 FET&导通&时间期间,AC电容在电感施加一个与输入电压相等但极性相反的电势。每间隔时间,对电感定义电压进行钳位,这样伏-微秒平衡便决定了占空比 (D) 的大小。其在连续导通模式 (CCM) 运行时,可简单表示为:
FET导通时,施加于输入端电感的电压等于输入电压。FET关闭时,伏-微秒平衡通过钳位其VOUT来维持。记住,FET导通时,输入电压施加于两个电感;FET关闭时,输出电压施加于两个电感。两个非耦合电感SEPIC的电压和电流波形,与耦合电感版本的情况非常类似,以至于很难分辨它们。
两个还是一个?
如果SEPIC类型之间确实存在少许的电路运行差异的话,那么我们应该使用哪一种呢?我们通常选择使用耦合电感,是因其更少的组件数目、更佳的集成度以及相对于使用两个单电感而言更低的电感要求。然而,高功率现货耦合电感有限的选择范围,成为摆在广大电源设计人员面前的一个难题。如果他们选择设计其自己的电感,则必须规定所有相关电参数,并且必须面对更长的交货时间问题。耦合电感SEPIC可受益于漏电感,其可降低AC电流损耗。耦合电感必须具有1:1的匝数比,以实施伏-微秒平衡。选择使用两个单独的非耦合电感,一般可以更广泛地选择许多现货组件。由于并不要求每个电感的电流和电感完全相等,因此可以选择使用不同的组件尺寸,从而带来更大的灵活性。
方程式1到3表明了耦合电感和非耦合电感的电感计算过程。
方程式计算得到最大输入电压和最小负载时CCM运行所需的最小电感。50%占空比运行(VIN等于VOUT时出现)和统一效率条件下,比较这些方程式可知,方程式1中耦合电感的计算值是非耦合电感计算值的两倍。由于转换器肯定会有损耗,而大多数输入电压源均有很大不同,因此这种简化了的电感泛化一般为错误的;但它通常足以应付除极端情况以外的所有情况。它一般意味着,转换器会比预期稍快一点进入非连续导通模式 (DCM) 运行,其在大多数情况下仍然可以接受。如前所述,使用非耦合电感时,正如我们通常假设的那样,无需输出端电感的值与输入端电感一样;但是为了简单起见肯定会这样做。利用VOUT/VIN调节输入端电感,便可确定输出端电感值。使用更小值输出端电感的好处是,它一般尺寸更小而且成本更低。
&表1&所示规范为设计比较的基础。第一个设计使用一个耦合电感,而第二个则使用两个非耦合电感。
使用一个耦合电感的设计是典型的64W输出功率车载输入电压范围。方程式1表明,耦合电感要求12 &H的电感,以及13 A的组合电流额定值(基于IIN + IOUT)。这种设计特别具有挑战性,因为现货电感选择范围有限。因此,我们指定并设计了Renco自定义电感。该电感缠绕在一个分离式线轴上以产生漏电感,旨在最小化能够引起损耗的循环AC电流。产生这些损耗的因为,施加在漏电感的AC电容纹波电压。若想实施低功耗设计,Coilcraft(MSS1278系列)和Coiltronics(DRQ74/127系列)的耦合电感均是较好的现货产品。
就非耦合电感设计而言,33-&H Coilcraft SER2918用于L1,而22-&H Coiltronics HC9则用于L2。它们的选择均基于绕组电阻、额定电流和尺寸。选择电感时,设计人员必须注意还要考虑铁芯和AC绕组损耗。这些损耗可降低电感的有效DC电流,但并非所有厂商都提供计算所需的全部信息。错误的计算结果,会大大增加铁芯温度,使其超出典型的40&C 温升。它还会降低效率,并且加速过早失效现象的出现。
表1原型SEPIC电气规范
图2使用耦合电感的SEPIC(4A时16V)
图2显示了使用一个耦合电感的原型SEPIC的示意图。若想在设计中实施非耦合电感,只需在相同PWB上用两个电感替换耦合电感便可。图3显示了两种原型电路。图3b中,L1占用了耦合电感的空间,而L2则位于右上角。
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电路含有耦合电感的电路.要点解析.ppt 60页
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含有耦合电感的电路 学习要点 ? 熟练掌握互感的概念; ? 具有耦合电感电路的计算方法:
①直接列写方程的支路法或回路法。
②受控源替代法。
③互感消去法。 ?掌握空心变压器和理想变压器的应用。 重点 ? 互感和互感电压的概念及同名端的含义; ? 含有互感电路的计算; ?空心变压器和理想变压器的电路模型。 ?耦合电感的同名端及互感电压极性的确定; ?含有耦合电感的电路的方程 ?含有空心变压器和理想变压器的电路的分析。 耦合电感元件属于多端元件,在实际电路中: 中周线圈(中频变压器)、振荡线圈 10kVA~300kVA的大功率单相、三相电源变压器。 §10-1 互感 1. 互感的概念 一个电感线圈的情况 以上是熟悉的情况。 若L1邻近有一线圈L2, 载流线圈之间通过彼此的磁场相互联系的物理现象称为磁耦合。
耦合线圈中的总磁通链应该是自感磁通链和互感磁通链的代数和:
Y1=Y11±Y12
Y2=Y22±Y21 2. 互感系数 存在磁耦合的两个线圈,当一个线圈的磁通发生变化时,就会在另一个线圈上产生感应电压,称为互感电压。
Y11=L1i1, Y22=L2 i2,
Y12=M12i2,Y21=M21 i1 M12 和M21 称互感系数。 简称互感,单位是 H。 M12 = M21 =M M值与线圈的形状、几何位置、空间媒质有关,与线圈中的电流无关,因此满足: 自感系数 L 总为正值(右手定则),互感系数 M 前的符号有正有负。正值表示自感磁链与互感磁链方向一致,互感起增助作用,负值表示自感磁链与互感磁链方向相反,互感起削弱作用。 3. 同名端的概念及其判断方法! 通过线圈的绕向、位置和施感电流的参考方向,用右手螺旋法则,就可以判定互感是“增助”还是“削弱” 。 但实际的互感线圈往往是封闭的,看不出绕向; 在电路图中也无法反映绕向。 常用同名端表明互感线圈之间的绕向关系。 电流分别通入互感线圈时,使磁场相互增强的一对端点称同名端 。
无标记的另一对端点也是同名端。
判别方法之一 1 、2 是同名端 1'、2' 也是同名端 两个线圈分别施加电流 i1、i2 (均&0),若产生的磁通方向相反,则i1、i2的流入端为异名端。 当有两个以上的电感彼此耦合时,同名端要用不同的符号一对一对标记。 知道了同名端,在列写耦合线圈的VCR时,就不必关心线圈的具体绕向了。 4.
若两耦合电感线圈的电压、电流都取关联的参考方向,则当电流变化时有: 同名端与互感电压的参考极性
若i1从L1的同名端流入,则i1在L2中引起的互感电压参考 “+”极在L2的同名端。 练习:列出耦合电感的VCR 若施感电流为同频率正弦量,则耦合电感VCR的相量形式为: 相量形式: 同名端的判别在实践中占据重要地位。 正确连接:无论串还是并,互感应起“增助”作用。
同名端的判别法之二:实验法 5. 耦合因数 k 一般情况下,一个线圈中的电流所产生的磁通只有一部分与邻近线圈交链,另一部分称为漏磁通。 漏磁通越少,互感线圈之间的耦合程度越紧密。工程上常用耦合因数k表示其紧密程度: §10-2
含有耦合电感电路的计算 方法1:直接列写方程法
与一般电路相比,在列写互感电路方程时,必须考虑互感电压,并注意极性。
对互感电路的正弦稳态分析,用相量形式。
方法2:互感消去法(去耦等效法)
通过列写、变换互感电路的VCR方程,可以得到一个无感等效电路。
分析计算时,用无感等效电路替代互感电路即可。
方法3:受控源替代法 1. 耦合电感的串联 (1) L1、L2 反向串联时, 无感等效电路如下 相量形式: Z =Z1+ Z2 = (R1 + R2) + jw (L1 + L2-2M) 由于耦合因数k≤1,所以 (L1+ L2-2M)≥0。电路仍呈感性。 (2) 顺向串联 用同样的方法可得出: Z1 = R1+ jw (L1+M) Z2 = R2+ jw (L2+M) 综上:两个串联的耦合电感可以用一个等效电感L来替代: 解题指导:电路如图,L1=0.01H,L2=0.02H R1=R2=10W,C=20mF, M=0.01H, U=6V。 2. 耦合电感的并联 对去耦方法归纳如下: 使用条件:两个耦合电感必须有一侧联在一起,或经电阻联在一起。 例:求图示电路的开路电压。
耦合电感的功率 在含有耦合电感的电路中,两个耦合的电感之间无功功率相等,有功功率或者均为零,或者通过磁耦合等量地进行传输,彼此平衡。 电源提供的有功功率,在通过耦合电感的电磁场传递过程中,全部消耗在电路中所有的电阻(包括耦合电感线圈自身电阻)上。 互感M是一个非耗能的储能参数,兼有L
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一道大学电路的问题画出下图的运算电路图,不用计算,主要是详细说明下耦合电感那部分是怎么画的,
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就是一般的耦合电感去耦的方法,记得两个附加电源当成一般的受控源形式的去耦方式,你去第十章看看耦合电感去耦即可,实在不懂,你追问我贴给你
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