十种开关高压电源电感线圈计算参数讲解.docx
十种开关高压电源电感线圈计算参数讲解从事开关电源电路设计的工程师肯定对电感线圈的计算不陌生。因为在开关电源电路 的设计过程当中，时常要设计导线以及线圈的电感、以及线圈匝数的计算，这些计算结果被 用来对电路参数进行辅助改动和调整。本篇文章将介绍几种线圈电感量的计算方法，以供参 考。在进行电路计算的时候，一般都采用SI国际单位制，即导磁率采用相对导磁率与真空 导磁率的乘积，即：p =p rp 0，其中相对导磁率|J r是一个没有单位的系数，|J 0真空导磁 率的单位为H/m。圆截面电感其电感为:H圆截面直导线的电感如图1所示。其中:L：圆截面直导线的电感H1：导线长度mr：导线半径mp 0：真空导磁率，p 0=4n 10-7H/m这是在l>>r的条件下的计算公式。当圆截面直导线的外部有磁珠时，简称磁珠，磁珠 的电感是圆截面直导线的电感的p r倍，p r是磁芯的相对导磁率，p r=p /p 0，p为磁芯 的导磁率，也称绝对导磁率，p r是一个无单位的常数，它很容易通过实际测量来求得。同轴电缆线的电感H图2同轴电缆线电感如图2所示。其中：L：同轴电缆的电感H1：同轴电缆线的长度mr1：同轴电缆内导体外径mr2：同轴电缆外导体内径mp 0：真空导磁率，p 0=4n 10-7H/m该公式忽略同轴电缆外导体的厚度双线制传输线的电感其电感为:双线制传输线如图3所示。其中：L：输电线的电感H1：输电线的长度mD：输电线间的距离mr：输电线的半径mM 0：真空导磁率，p 0=4n 10-7H/m该公式的应用条件是：1>>D，D>>r。两平行直导线之间的互感HDian Y两平行直导线互感为:其电感为:其中:M：输电线的互感H1：输电线的长度mD：输电线间的距离mr：输电线的半径mM 0：真空导磁率，p 0=4n 10-7H/m该公式的应用条件是：>>D，D>>r。圆环的电感其中：L：圆环的电感HR：圆环的半径mr：圆环截面的半径mM 0：真空导磁率，p 0=4n 10-7H/m该公式的应用条件是：R>>r。矩型线圈的电感矩形线圈如图5所示，其电感为:其中：L：矩形线圈的电感Ha、b：矩形线圈的平均长和宽mr：线圈导线的半径mM 0：真空导磁率,p 04n 10-7H/md+说明：该公式的应用条件是a>>r，b>>r。螺旋线圈的电感其电感方：图6其中：L：螺旋线圈的电感H1：螺旋线圈的长度mN：线圈的匝数S：螺旋线圈的截面积m2M :螺旋线圈内部磁芯的导磁率H/mk：长冈系数（由2R/1决定，表1）上式用来计算空心线圈的电感，M =p 0，计算结果比较准确。当线圈内部有磁芯时， 磁芯的导磁率最好选用相对导磁率|J r，m r=M /p 0，M为磁芯的导磁率，即：有磁芯线圈 的电感是空心线圈电感的M r倍，p r可通过实际测量来决定，只需把有磁芯的线圈和空心线圈分别进行对比测试，即可求得以r。但由于磁芯的导磁率会随电流变化而变化，所以很 难决定其准确值。这个公式是从单层线圈推导出来的，但对多层线圈也可以近似地适用。2R/I0A0.20.30.4 10.60.81.0k0.96U-.SS.。一路/ .；0 790.74爵92R/I商顼3.皿IH20财00.520.J70.320.20(M2 1表1多层绕组线圈的电感1 1XXXXXXXXXXXXX其电感为；.4松口 F.-L =血0-693 + C)xlO-多层绕组线圈如图7所示。其中：L：多层绕组线圈的电感HR：线圈的平均半径ml：线圈的总长度mN：线圈的总匝数t：线圈的厚度mk：长冈系数（由2R/1决定，见表1）c：由l/t决定的系数（见表2）1 /薄30C0' -G.23OW5,310.32表2上式是用来计算多层线圈绕组、截面为圆形的空心线圈的电感计算公式。长冈系数k 可查阅表1，系数c可查阅表2。当线圈内部有磁芯时，有磁芯线圈的电感是空心线圈电感 的p r倍，p r是磁芯的相对导磁率。相对导磁率的测试方法很简单，只需把有磁芯的线圈 和空心线圈分别进行测试，通过对比即可求出相对导磁率的大小。变压器线圈的电感变压器线圈如图8所示，其电感为:图8L=p N*NS/l（式 2）其中：L：变压器线圈的电感H1：变压器铁芯磁回路的平均长度mN：线圈的匝数S：变压器铁芯磁回路的截面积m2M :变压器铁芯的导磁率H/m上式是用来计算变压器线圈电感的计算公式。由于变压器铁芯的磁回路基本是封闭的， 变压器铁芯的平均导磁率相对来说比较大。铁芯的导磁率一般在产品技术手册中都会给出， 但由于大多数开关电源变压器的铁芯都留有气隙，留有气隙的磁回路会出现磁场强度以及磁 感应强度分布不均匀，因此，式2中的导磁率只能使用平均导磁率，技术手册中的数据不能 直接使用。在这种情况下，最好的方法是先制作一个简单样品，例如，在某个选好的变压器铁芯 的骨架上绕一个简单线圈（比如匝数为10），然后对线圈的电感量进行测试，或者找一个已知线圈匝数与电感量的样品作为参考。知道了线圈样品的电感量后，只需把已知参数代入式 2,即可求出其它未知参数，然后把所有已知参数定义为一个常数七最后电感的计算公司就 可以简化为：L=kN2，这样，电感量的计算就变得非常简单。两个线圈的互感两线圈的连接方法如图9所示。其中图a和图b分别为正、反向串联;图c和图d分别 为正、反向并联。串联电感为:L =L=L1+L2±2M（式 3）并联电感为：其中：L：两个线圈连接后的电感HL1、L2:分别为线圈1与线圈2的自感HM：两个线圈的互感H互感M有正负，图2-40-a和图2-40-c的接法互感M为正，图2-40-b和图2-40-d的 接法互感M为负。两个线圈之间的互感M为：其中：M：两个线圈的互感HL1、L2:分别为线圈1与线圈2的自感Hk：两个线圈的耦合系数。【说明】互感的大小，取决两个线圈的结构和两个线圈的相对位置以及导磁物质。当 K=1 时：M 这时的耦合称为全耦合，它表示一个线圈产生的磁通全部从另一个线圈通过（没有漏磁 通）。但在实际应用中，无论任何结构的两个线圈总会产生漏磁通，因此，耦合系数k总是 一个小于1的数。一般带有铁芯的变压器漏感都比较小，因此，变压器初、次级线圈之间的 偶合系数可以认为约等于1。本篇文章偏向基础，对开关电源中十种常见的电感线圈计算进行了讲解。并且对公式 中参数的意义进行了注释，可以说对新手的帮助是非常大的，希望大家在阅读过本篇文章之 后能够有所收获。
