输入直流20V～40V 输出直流44V～54V Boost电路求助

刚开始做大功率电源，遇到问题求助：

输入：直流20V～40V
输出：直流44V～54V
输出电流：10A
效率：80%

选择电路结构：Boost，非隔离，100V功率MOSFET做开关管

输出最大功率：Po=54V*10A=540W
输入最大功率：Pin=Po/0.8=675W

若为CCM或临界模式，最大占空比：Dmax=1-Vin(min)/Vo(max)=1-20/54=0.63

接下来，该如何计算电感量，如何利用AP法选择磁芯，计算线圈匝数，气隙长度等参数? 多谢

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starlight

LV.2

2011-08-28 17:07

补充一下：硬开关，开关频率选多少为好？暂且选fs=30kHz

mko145

LV.8

2011-08-28 17:31

频率太低了，那样电感的个子要好大 ~

starlight

LV.2

2011-08-28 19:15

@mko145

频率太低了，那样电感的个子要好大~

谢谢答复，频率可以提高到50kHz，如下该怎么计算?选什么形状的磁芯要好？

starlight

LV.2

2011-08-28 20:36

顶上去，不要沉了啊

starlight

LV.2

2011-08-28 23:00

等待中，高手请不吝赐教，多谢

starlight

LV.2

2011-08-29 11:26

等待高手帮助解答啊，先谢过

mko145

LV.8

2011-08-29 18:10

既然没有高手指导，我来试着帮你算一算。仅供参考 ~ 爆炸不关我的事

输入：直流20V～40V输出：直流44V～54V输出电流：10A最低输入电压 Vi = 20V ；最高输出电压 Vo = 54V假设MOSFET 导通时 Vds = 1V ；输出的整流管压降 Vf = 1V（Vi - Vds）/ （Vo+ Vf）= 1/ (1-D) ；D 为占空比；得到 D = 0.655电感上的平均电流为 ILa ； ILa x （1-D）= Io ；得到 ILa = 10A / (1-0.655) = 29A假设效率为85%；则电感上电流 IL = 29A / 0.85 = 34A取纹波电流峰峰值△IL = 0.2 IL = 0.2 x 34A = 6.8A △IL = （Vi - Vds）x Ton / L ； (L 为电感量) ；得到 L = 19V x 13.1us / 6.8A = 36.6uH考虑选用 Cool Mu 的 254 铁硅铝磁环； Ae = 110mm由公式 N = I x L / (Ae x Bm) ；Bm 取 3500 Gauss ；得到 N = 32.5 T由公式 L = Al x N2；得到 Al = 35 nH/T2；查表可知对应的材料为 26u最后确定为 Cool Mu 的 254 - 26 铁硅铝磁环；

starlight

LV.2

2011-08-29 21:29

@mko145

既然没有高手指导，我来试着帮你算一算。仅供参考~ 爆炸不关我的事[图片]输入：直流20V～40V输出：直流44V～54V输出电流：10A最低输入电压Vi=20V；最高输出电压Vo=54V假设MOSFET导通时Vds=1V；输出的整流管压降Vf=1V（Vi-Vds）/（Vo+ Vf）=1/(1-D)；D为占空比；得到D=0.655电感上的平均电流为ILa；ILa x（1-D）=Io；得到ILa=10A/(1-0.655)=29A假设效率为85%；则电感上电流IL=29A/0.85=34A取纹波电流峰峰值△IL=0.2IL=0.2x34A=6.8A △IL =（Vi-Vds）xTon/L ；(L为电感量)；得到L=19Vx13.1us/6.8A=36.6uH考虑选用CoolMu的254铁硅铝磁环；Ae=110mm由公式N=IxL/(AexBm)；Bm取3500Gauss；得到N=32.5T由公式L=AlxN2；得到Al=35nH/T2；查表可知对应的材料为26u最后确定为CoolMu的254-26铁硅铝磁环；

谢谢大侠帮忙，我再看看资料，有问题再请教

starlight

LV.2

2011-09-02 23:18

@mko145

请问大侠，boost电源，开关频率50KHz，需要考虑趋肤效应，用多股线并绕吗？

如上计算出来的电感量，一般需要留一定的设计裕量吗？留多少设计裕量合适? 谢谢了

mko145

LV.8

2011-09-03 13:10

@starlight

请问大侠，boost电源，开关频率50KHz，需要考虑趋肤效应，用多股线并绕吗？如上计算出来的电感量，一般需要留一定的设计裕量吗？留多少设计裕量合适?谢谢了

趋肤效应还是要考虑的，网上有计算公式。不过绕电感通常不用很多股线并绕。如果你用我上面讲的磁芯，可以考虑用AWG17或18 的线，双线并绕。差不多刚好绕满一层。先试试看

电感不用再留余量了。感量的误差一般是5%，问题不大。只是稍微影响一点纹波电流的大小。不会导致饱和什么的 ~

starlight

LV.2

2011-09-06 22:42

@mko145

趋肤效应还是要考虑的，网上有计算公式。不过绕电感通常不用很多股线并绕。如果你用我上面讲的磁芯，可以考虑用AWG17或18的线，双线并绕。差不多刚好绕满一层。先试试看电感不用再留余量了。感量的误差一般是5%，问题不大。只是稍微影响一点纹波电流的大小。不会导致饱和什么的~

谢谢大侠帮忙，这几天在忙其它事情，没上来看，随后有问题再请教，多谢

starlight

LV.2

2011-09-07 19:14

@mko145

请问大侠，计算导线截面时用的电流密度是多少？我的计算如下：

导线截面：SL=IL/Jm=34A/(6A/mm^2)=5.67mm^2

如果用双线并绕，由5.67/2=2.835mm^2，要用AWG#13号线并绕33匝。

如上计算是否有误啊？

另外，如果想用体积小一点的磁芯，但开关频率50KHz不变，有没有办法？

是否可以用磁导率高一点的磁芯？谢谢了

心中有火

LV.4

2011-09-07 20:35

@starlight

请问大侠，计算导线截面时用的电流密度是多少？我的计算如下：导线截面：SL=IL/Jm=34A/(6A/mm^2)=5.67mm^2如果用双线并绕，由5.67/2=2.835mm^2，要用AWG#13号线并绕33匝。如上计算是否有误啊？另外，如果想用体积小一点的磁芯，但开关频率50KHz不变，有没有办法？是否可以用磁导率高一点的磁芯？谢谢了

帮顶~~

mko145

LV.8

2011-09-08 10:28

@starlight

你说的对，铜线是不太够。书上通常讲的3-6A是指变压器的绕组铜线。这个值不是绝对的，也有书上说可以多到 8-12A（忘了是哪本书）。主要看散热情况。相对于变压器，电感的散热要好得多，线也可以用细一些。我之前的线径是根据磁芯的尺寸选取的 -- 正好绕满一层。确实不一定够。你可以试试看，加粗一些，或者加多一两条并绕，但不建议用太粗的线。实际做的时候要根据温升和散热情况进行调整。另外，电感的绕线层数不易太多，当然最好是一层。我手上有个日本cosel的电源（见下图）。上面的30A电感是用AWG17 x 3 并绕的（正好绕满一层）。
如果选用小一些，磁导率高的磁芯，可以做到同样的电感。但Bm会增大，铁损增加。不想铁损增加太多，则需要相应加多圈数（可参考上面计算圈数的公式）。总之，电感会更加热，也需要更粗的铜线。当然，也更难绕。圈数多了散热也会变差，导致温升更高。到底可以用多大的磁芯，多粗的铜线，要看电感的温升。也就是说需要试 ~ 此外，实际做出来的东西和我们的设计还会有出入。一切应以实验数据为准。

starlight

LV.2

2011-09-09 16:33

@mko145

你说的对，铜线是不太够。书上通常讲的3-6A是指变压器的绕组铜线。这个值不是绝对的，也有书上说可以多到8-12A（忘了是哪本书）。主要看散热情况。相对于变压器，电感的散热要好得多，线也可以用细一些。我之前的线径是根据磁芯的尺寸选取的--正好绕满一层。确实不一定够。你可以试试看，加粗一些，或者加多一两条并绕，但不建议用太粗的线。实际做的时候要根据温升和散热情况进行调整。另外，电感的绕线层数不易太多，当然最好是一层。我手上有个日本cosel的电源（见下图）。上面的30A电感是用AWG17x3并绕的（正好绕满一层）。如果选用小一些，磁导率高的磁芯，可以做到同样的电感。但Bm会增大，铁损增加。不想铁损增加太多，则需要相应加多圈数（可参考上面计算圈数的公式）。总之，电感会更加热，也需要更粗的铜线。当然，也更难绕。圈数多了散热也会变差，导致温升更高。到底可以用多大的磁芯，多粗的铜线，要看电感的温升。也就是说需要试~ 此外，实际做出来的东西和我们的设计还会有出入。一切应以实验数据为准。[图片]

谢谢大侠帮忙。
我今天下载了一些美磁的技术资料，按照那份资料提供的方法计算如下：

计算出感量L=36.6uH以后，因为LI^2=36.6*(10^-3)mH*(34A)^2=42.3mHA^2
查Kool Mu 环型和跑道型磁芯LI^2选型图，水平轴上的数值选定42.3mHA^2。
按照对应的纵向坐标，选择0077721A7磁芯。

查看0077721A7磁芯的参数，电感因子AL=49nH/T^2 ±8%，该磁芯的最小AL值为
AL(min)=49*0.92=45.1nH/T^2，由公式L=AL*N^2，算出来N=29匝。

计算满载时，确定直流偏置水平：H=N*I/Le=29*34/12.7=77.6AT/cm。
当直流偏置为77.6AT/cm时，磁导率为初始磁导率的67% 。
调整后的匝数为29/0.67=44匝。

重新计算直流偏置水平：H=N*I/Le=44*34/12.7=118AT/cm。
从磁导率-直流偏置曲线看出，对应初始磁导率的57% 。

计算出有效AL=AL(min)*0.57=45.1nH/T^2 * 0.57=25.7nH/T^2 。
磁芯匝数为44匝，直流偏置水平为118AT/cm，对应最小电感值为
L=AL(min)*0.001*0.57*44*44=49.7uH。在满载直流偏置条件下，
可达到期望的最小36.6uH电感值。

计算导线截面积：S=I/Jm=34A/(10A/mm^2)=3.4mm^2
可考虑用AWG#16号线双线并绕44匝。

本意是要减小磁芯体积，同时想要理解选磁芯的方法，这样的计算方法磁芯体积更大了。
如上计算是否有误？计算出来的参数与大侠的不同，为什么？请指教，谢谢

brsys

LV.7

2011-09-09 18:30

@mko145

你说的对，铜线是不太够。书上通常讲的3-6A是指变压器的绕组铜线。这个值不是绝对的，也有书上说可以多到8-12A（忘了是哪本书）。主要看散热情况。相对于变压器，电感的散热要好得多，线也可以用细一些。我之前的线径是根据磁芯的尺寸选取的--正好绕满一层。确实不一定够。你可以试试看，加粗一些，或者加多一两条并绕，但不建议用太粗的线。实际做的时候要根据温升和散热情况进行调整。另外，电感的绕线层数不易太多，当然最好是一层。我手上有个日本cosel的电源（见下图）。上面的30A电感是用AWG17x3并绕的（正好绕满一层）。如果选用小一些，磁导率高的磁芯，可以做到同样的电感。但Bm会增大，铁损增加。不想铁损增加太多，则需要相应加多圈数（可参考上面计算圈数的公式）。总之，电感会更加热，也需要更粗的铜线。当然，也更难绕。圈数多了散热也会变差，导致温升更高。到底可以用多大的磁芯，多粗的铜线，要看电感的温升。也就是说需要试~ 此外，实际做出来的东西和我们的设计还会有出入。一切应以实验数据为准。[图片]

不错啊

brsys

LV.7

2011-09-09 18:30

@starlight

谢谢大侠帮忙。我今天下载了一些美磁的技术资料，按照那份资料提供的方法计算如下：计算出感量L=36.6uH以后，因为LI^2=36.6*(10^-3)mH*(34A)^2=42.3mHA^2查KoolMu环型和跑道型磁芯LI^2选型图，水平轴上的数值选定42.3mHA^2。按照对应的纵向坐标，选择0077721A7磁芯。查看0077721A7磁芯的参数，电感因子AL=49nH/T^2±8%，该磁芯的最小AL值为AL(min)=49*0.92=45.1nH/T^2，由公式L=AL*N^2，算出来N=29匝。计算满载时，确定直流偏置水平：H=N*I/Le=29*34/12.7=77.6AT/cm。当直流偏置为77.6AT/cm时，磁导率为初始磁导率的67%。调整后的匝数为29/0.67=44匝。重新计算直流偏置水平：H=N*I/Le=44*34/12.7=118AT/cm。从磁导率-直流偏置曲线看出，对应初始磁导率的57%。计算出有效AL=AL(min)*0.57=45.1nH/T^2*0.57=25.7nH/T^2。磁芯匝数为44匝，直流偏置水平为118AT/cm，对应最小电感值为L=AL(min)*0.001*0.57*44*44=49.7uH。在满载直流偏置条件下，可达到期望的最小36.6uH电感值。计算导线截面积：S=I/Jm=34A/(10A/mm^2)=3.4mm^2可考虑用AWG#16号线双线并绕44匝。本意是要减小磁芯体积，同时想要理解选磁芯的方法，这样的计算方法磁芯体积更大了。如上计算是否有误？计算出来的参数与大侠的不同，为什么？请指教，谢谢

的确不错

starlight

LV.2

2011-09-10 08:29

@mko145

你说的对，铜线是不太够。书上通常讲的3-6A是指变压器的绕组铜线。这个值不是绝对的，也有书上说可以多到8-12A（忘了是哪本书）。主要看散热情况。相对于变压器，电感的散热要好得多，线也可以用细一些。我之前的线径是根据磁芯的尺寸选取的--正好绕满一层。确实不一定够。你可以试试看，加粗一些，或者加多一两条并绕，但不建议用太粗的线。实际做的时候要根据温升和散热情况进行调整。另外，电感的绕线层数不易太多，当然最好是一层。我手上有个日本cosel的电源（见下图）。上面的30A电感是用AWG17x3并绕的（正好绕满一层）。如果选用小一些，磁导率高的磁芯，可以做到同样的电感。但Bm会增大，铁损增加。不想铁损增加太多，则需要相应加多圈数（可参考上面计算圈数的公式）。总之，电感会更加热，也需要更粗的铜线。当然，也更难绕。圈数多了散热也会变差，导致温升更高。到底可以用多大的磁芯，多粗的铜线，要看电感的温升。也就是说需要试~ 此外，实际做出来的东西和我们的设计还会有出入。一切应以实验数据为准。[图片]

顶上去，等待解答，谢谢

mko145

LV.8

2011-09-10 23:30

@starlight

顶上去，等待解答，谢谢

我原先的设计磁芯要再小一点。原因是忽略了电感满载时磁导率的下降。当时粗略的从特性图上看磁导率似乎只变化几个percent，就没有理它。所以导致误差很大。

从软件计算结果看，最小的磁芯外径是 47mm（比我原先计算的40mm还略大）。你不妨先按这个参数做样品试试，如果温度允许再换小的磁芯。当然前提是最好有风扇 ~

starlight

LV.2

2011-09-13 19:39

@mko145

谈不上指教，大家一起学习，共同进步。我没有看美磁的技术资料，不知道你具体的计算是不是没问题。但你的结果应该是接近正确。后来发现美磁的网站上有电感计算的软件，就偷懒用提供的软件算了一把。结果如下图所示~算出的两个磁芯一大一个小，但损耗相当。你算得的磁芯大小介乎两者之间，所以感觉你的计算应该靠谱。由软件计算结果看到两种大小磁芯的损耗差不多。差别主要有两个地方。一是空载电感。磁芯越小空载电感越大，这个好像不是什么大问题。二是电感的温升。虽然损耗一样，但磁芯小则温升高-很合理。具体到你的设计，如果有风扇，那么应该可以用小些的的磁芯。电感的总损耗17W多点，只占到总输入功率的3%，感觉上不算多。我原先的设计磁芯要再小一点。原因是忽略了电感满载时磁导率的下降。当时粗略的从特性图上看磁导率似乎只变化几个percent，就没有理它。所以导致误差很大。从软件计算结果看，最小的磁芯外径是47mm（比我原先计算的40mm还略大）。你不妨先按这个参数做样品试试，如果温度允许再换小的磁芯。当然前提是最好有风扇~[图片] [图片]

谢谢DX帮忙，可否将以上两个计算结果对应的输入参数也贴出来，谢谢

特别是左边的那个，这个软件有时候很奇怪，我试了多个输入参数组合，都没有得出这个结果，~