磁环电感的选择与计算

bg1trk

最近在琢磨做个使用BUCK拓扑的大功率稳压电源，关于电感的计算和选型找了很多资料，偶然找到一份个人感觉还不错的资料，结合自己的理解发帖，看看有没有朋友能用上。

电感量计算略去，直接举例，比如说需要一个10uH、10A的功率电感，这个电感该如何采购或自己绕。



前置知识，安匝数、电感系数。

安匝数：电流与匝数的乘积，安匝（A•T）数越大，电感储存的能量越多。安匝数就如电阻的阻值一样是特定磁芯的固有特性。
电感系数：代表一个电感的相对电感量，单位(nH/T^2)。确定了磁芯、磁环即可查到这个系数，匝数的平方*电感系数即为电感值。

电感系数不是固定值，而是随着电感电流的增加而减小，电流不断增大电感系数就会最终减小到0，即电感绝对饱和。要使电感绝对饱和的电流几乎为无穷大，我们常说的“饱和”是指“相对饱和”。随着电流的增大，电感量缓慢下降，当电流增大使电感量降低到设计值时，即为“相对饱和”。

比如前面所说的需要一个10uH、10A的电感，意思就是电流达到10A时这个电感仍然要保有10uH的感量，这才符合要求。这就引入一个问题，自己绕制电感时如果只按列表参数算出匝数得到的只是“静态”时电感量为10uH的电感，这个电感在通过10A电流时电感值是多少不知道！盲目使用可能会炸鸡。

拿电感系数计算匝数，再用电桥测量、校正的方法肯定是不行了，如何计算？
以铁硅铝磁环为例，计算步骤如下。

第一步：打开下面这个页面
http://www.sendust.com/kool_mu_cores.htm
页面上有个铁硅铝磁环规格表，比如说采用外径27.7mm、内径14.1mm、厚度12mm的磁环，在下图中找到红框内磁环。


第二步：点磁环型号，打开磁环参数页面

直接看最下面的图，横坐标为安匝数，纵坐标为电感系数。
理想情况电感系数为157,电感匝数 T =（10uH*1000/157nH/T^2）^0.5=7.98，大概绕8匝。

第三步：计算实际匝数
上一步计算的是电流很小或为0时所需的匝数，大电流时电感系数要降额，比如用上图80%的那个点，对应电感系数大概为125。
电感匝数 T=（10uH*1000/125）^0.5=8.94，要绕9匝。
再验算这个电感能过多大电流，80%的点对应的安匝数约为87AT，87AT/9T=9.7A，大概能满足10A的要求！
而此时的”静态“电感值为9T^2*157nH/T^2=12.7uH

以上计算的意思是，这个10uH、10A的功率电感，绕好后用电桥等仪表测量的电感值约为12.7uH，即不能以仪表测量的“静态”电感值为准。



再说说采购成品电感的问题，以某宝上标称 47uH、8A的铁硅铝磁环电感为例，按磁芯尺寸对应为下面这个：


电感系数最大值72，47uH需要的匝数是（47*1000/72）^0.5=25.5，实际绕了25匝。
再算算标称8A时的安匝数，8*25=200（安匝），图上根本没有这个值，爆表了。
降额一半，再算算4A时的电感量，4A电流时的安匝数为4*25=100，图上对应电感系数为45左右，25^2*45/1000=28.1uH 。
结论是标称 47uH、8A的功率电感根本不达标，电流降低一半使用时电感值也才只有28uH！
假如电路设计时电感值下限是40uH，反推系数得64，对应安匝32，电流只有1.28A，标称 47uH、8A的电感只能用到1.28A。

买电感时应该买68uH或75uH的，标称 47uH的电感根本不能用。这也是很多廉价LM2576成品模块输出电流不达标、电感发热的原因吧。


以上有些内容引用了网上的例子，加了些自己的理解。

我才是bg7ikd

分析的很好，不能以电感的“静态值”为准，特别是在虚标盛行的今天。

wz8198

很受启发最近正在绕制这个，为了产品能够过脉冲群考验

bg1trk

闻太师 发表于 2020-6-22 10:07
猫版的buck拓扑打算采用什么芯片方案，我近期可能还要打一次板，看看能不能借鉴一下您的方案。

想做到50A输出，移相交错并联（可以用小一些的磁环）TI的芯片有的能做到，这样电感的成本低一些，但芯片成本高，“特殊”封装也不方便手工焊接。
普通的UC3525\TL494做不了移相，频率又不敢弄的太高，一个单独的大电感成本很高。自己加移相器又感觉太复杂，总之还没具体方案，拿不定主意。

曾经看到一篇论文里提到用3525/494之类的芯片做BUCK模块，多模块并联时自动协调移相，模块间无需通讯，想扩展电流时直接加模块就行。这个方案挺诱人，但技术细节没有没透露。

没准最终用EE磁芯并联做电感，移相不要了，用一个大电感做单相输出。这样芯片就好选了，成本也能接受。

想把几个服务器电源用起来，但目前还没有50A这么大电流的需求。没需求，太监的可能性不低

st.you

对于磁环类的电感，只有用很低电感系数（60 30甚至更低）的来绕，才能降低直流偏置导致的感量降低的比例，但无法避免。可能用铁氧体来绕会更合适些，气隙自定义，开大点气隙，能保证电感量在工作电流范围内稳定，实际可以简单的串联一个空调用的工频电感（mH，10A级别的），然后用电容隔离，普通电桥也是能测试偏置电流下的电感量，不用计算，省事
这种

bg1trk

st.you 发表于 2020-6-22 14:37
对于磁环类的电感，只有用很低电感系数（60 30甚至更低）的来绕，才能降低直流偏置导致的感量降低的比例， ...

谢谢您的建议。
几个A的输出时电感还不算大问题，这次想做到50A输出，没弄过这么大电流的。。。。。。

chhds

分析到位，＂静态＂和＂动态＂的区别，无负荷与满负荷的区别，对元件选用有指导作用

st.you

bg1trk 发表于 2020-6-24 23:14
谢谢您的建议。
几个A的输出时电感还不算大问题，这次想做到50A输出，没弄过这么大电流的。。。。。 ...

50A的话，PCB的走线比这个电感的感量问题更头疼

jindian

谢谢分享！