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计算线径用平均电流还是有效值电流计算

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mohaifv
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LV3
助理工程师
  • 2012-8-2 16:57:05
10问答币
最近在看精通开关电源与设计,里面的反激电流中,用输入电感平均电流计算初级的线径,为什么不是用有效值来计算呢?输出10A电流也是用电感的平均电流23A来算,为什么呢?这样算的话次级的线径会很大,为什么不是用10A的来计算呢?(作者设计用的是EI-30变压器,输出功率是74W)

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毫无疑问线径(或者说绕组导线截面积)是与有效值相关的,有效值除以电流密度得到截面积。这种计算方法的根源来自铜损还有绕组温升,合理的损耗和温升才是设计目标,不是线径、截面积等等。精确的考虑损耗还涉及到集肤效应、临近效应等,温升又与散热条件强相关。 这样一来,从工作电流波形->工作电流有效值->选择电流密度->得到绕组截面积->选择合理的线径并联得到预期的截面积->工作时的损耗和温升,在这一系列过程中,每一个环 ...
Preston
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LV8
副总工程师
  • 2012-8-2 17:17:23
 
你的表达很混乱啊,有效电流和平均电流来回说。。。

导线的载流量通常是被温升限制的。温升对应损耗,损耗对应电流有效值,所以绕组线径应该按有效值来选。
mohaifv
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LV3
助理工程师
  • 2012-8-2 17:34:55
 
是有点乱,我只是想表达更清楚一些,但精通开关电源里是用电流斜波中心值来计算线径的,可以参考下图
Preston
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LV8
副总工程师
  • 2012-8-2 18:39:29
 
DCM初级电流峰值与有效值的关系为根号下三分之D(D为占空比)
当D=0.5时,这个系数约为0.41,与斜坡电流中心值还是比较接近的。如果在选择电流密度的时候考虑到这一点,然后适当调整一下电流密度,用斜坡电流中心值也是可以得到一个比较靠谱的结果的。
mohaifv
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LV3
助理工程师
  • 2012-8-3 08:54:20
 
上面电路工作在CCM模式,而非DCM模式,在CCM模式中,输出电流为10A,而作者用10A的斜波电流中间值来计算,可以看上面
Preston
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LV8
副总工程师
  • 2012-8-3 09:47:49
 
CCM模式的话,如果是反激一类的电流断续的绕组,这种计算方法一定是有问题的。
但是如果是计算CCM模式下电感绕组的线径,这样计算的精度还是很高的。电感电流的直流分量比重较大,波动较小,平均值与有效值比较接近。
xiaoliangyl
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版主
  • 2012-8-3 09:51:05
 
CCM模式的话,如果是反激一类的电流断续的绕组,这种计算方法一定是有问题的。CCM模式,后面又说电流断续?
Preston
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LV8
副总工程师
  • 2012-8-3 09:58:26
 
CCM是说电感电流连续,但是对反激来说,无论CCM和DCM,绕组电流一定是断续的。
请领会精神,谢谢。。。
wangjinlongd
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LV6
高级工程师
  • 2012-8-3 11:01:03
 
能够说明原因吗?为什么电流断续情况下,这种计算方法是有问题的?谢谢!
Preston
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LV8
副总工程师
  • 2012-8-3 11:07:15
 
因为三角波或者梯形波的斜坡电流中心值与电流有效值之间有换算关系,斜坡电流中心值通常不能直接作为有效值来计算线径。
三角波是根号D,方波是根号下三分之D,梯形波介于两者之间,表达式略复杂。

更正一下, 三角波是 根号下三分之D ,方波是 根号D
wangjinlongd
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LV6
高级工程师
  • 2012-8-3 11:25:07
 
根据赵修科老师《开关电源中磁性元器件》85页。
设Im为斜坡电流中心值。Ip为DCM初级电流峰值。
梯形波有效值电流计算公式:Irms=Im*sqrt{D(1+(∆i/Im)/12)},如果D取0.5,那么(∆i/Im)/12几乎可以忽略,得到Irms=Im*sqrt(0.5)=0.71*Im
三角波有效值电流计算公式:Irms=Ip*sqrt(D/3)=0.41*Ip=0.82Im
两个结果相近,为什么DCM可以拿斜坡电流中心值计算线径,而CCM不可以呢?
Preston
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LV8
副总工程师
  • 2012-8-3 11:38:30
 
我之前说的三角波使用斜坡电流中心值,只能算是一种估算方法,而且这种方法在占空比变化的时候误差也有显著的变化。
既然你能搞清楚各种电流波形有效值与峰值/平均值/斜坡电流中心值的关系,哪种方法能用那种方法不能用,用的时候需要如何修正结果,各自的精度能达到什么水平、是不是与自己的设计要求吻合,这些你都是可以自己做判断的吧,我就不多说了。。
另外,其实,其实,(∆i/Im)/12能否忽略是与占空比无关的。。。
mohaifv
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LV3
助理工程师
  • 2012-8-3 11:49:13
 
∆i/Im为电流的纹波率,它的大小与变压器的体积有关,当它的值接近0.4-0.6值为最佳,超过0.6值,变压器的体积不会减小多少,反而输出电容的有效值电流会线性增大很多
wangjinlongd
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LV6
高级工程师
  • 2012-8-3 11:57:39
 
我其实是很混乱的,我说了这么多,其实是想跟您讨论DCM、CCM到底能不能用中心值来计算线径。
我的观点是:无论DCM还是CCM,因为斜坡中心值始终大于有效值,那么用斜坡中心值计算出来的线径肯定能够保证实现功能(损耗、温升),但是对于您说的精度,我觉得这样算出来的结果必然浪费了线径,增加了铜线成本,同时增加了变压器的成本。
所以我的结论是,计算线径还是得用有效值。
希望听听您的意见!
Preston
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LV8
副总工程师
  • 2012-8-3 12:09:29
 
毫无疑问线径(或者说绕组导线截面积)是与有效值相关的,有效值除以电流密度得到截面积。这种计算方法的根源来自铜损还有绕组温升,合理的损耗和温升才是设计目标,不是线径、截面积等等。精确的考虑损耗还涉及到集肤效应、临近效应等,温升又与散热条件强相关。
这样一来,从工作电流波形->工作电流有效值->选择电流密度->得到绕组截面积->选择合理的线径并联得到预期的截面积->工作时的损耗和温升,在这一系列过程中,每一个环节都有误差。前面说了那么多,有精确的公式,也有近似的关系,都是可以指导设计的。在从理论到工程实际的过程中,自己取舍一下就可以了。
实际设计的时候考虑的还不止这些,还要考虑工艺问题等等。
mohaifv
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LV3
助理工程师
  • 2012-8-3 13:49:41
 
那输出电流是平均电流吗?因为有效值电流比输出电流大些,用斜波电流的中心计算线径会更大,留的裕量也更多,有可能导致浪费
Preston
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LV8
副总工程师
  • 2012-8-3 14:02:31
 
输出电流通常是等于对应绕组的平均电流的。
然后,我没看懂你后半句和前半句的联系。。。
mohaifv
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LV3
助理工程师
  • 2012-8-3 14:23:16
 
我的意思就是如果用斜波电流中心值计算线径的话,算出的线径会很大,实际上电流的有效值没有那么大,所以会导致浪费
Preston
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LV8
副总工程师
  • 2012-8-3 14:25:57
 
CCM模式的电感电流,有效值与平均值(也就是斜坡电流中心值)还是很接近的。
mohaifv
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LV3
助理工程师
  • 2012-8-3 14:30:23
  • 倒数10
 
在初级,D越大越接近,而次级相反,D越大相差越多
Preston
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LV8
副总工程师
  • 2012-8-3 14:53:48
  • 倒数9
 
怎么就跟你说不清呢
我说的绕组,你不要单纯的限制在反激变压器的绕组上面好吗
我说的CCM模式的电感电流,注意是“电感”,是指buck或boost或正激的输出电感,不是指反激变压器的绕组。这类电感的电流在CCM模式是连续的,而不是像反激变压器绕组,永远是断续的。
mohaifv
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LV3
助理工程师
  • 2012-8-3 16:49:19
  • 倒数8
 
明白了,你就电感而言,而我是单指反激,谢谢
allenwang6392
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LV2
本网技师
  • 2012-8-4 22:37:00
  • 倒数7
 
你好,请问到底是方波是sqrt(D/3),还是三角波是sqrt(D/3)?谢谢!
Preston
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LV8
副总工程师
  • 2012-8-5 08:21:17
  • 倒数6
 
三角波是D/3
我写反了。。。。
allenwang6392
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本网技师
  • 2012-8-5 11:08:52
  • 倒数5
 
你好,我也是刚学开关电源的,向你请教一个问题:通常正激式变换器工作在DCM模式下,对于输出滤波器设计时1)电感谐波电流为零时出现DCM状态,2)直流电流输出值为斜坡中点值。所以DCM状态出现在最小电流Idc等于斜坡幅值dI一半时开始。得到:dI=2Idc,
请问:即Idc=dI/2,这边我不理解。假设dI=I2-I1,我的理解是,通常Idc=dI/2+I1,可能描述比较乱,能给我说明一下吗?谢谢!
Preston
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LV8
副总工程师
  • 2012-8-5 11:47:55
  • 倒数4
 
dI=2Idc或者Idc=dI/2只在电流临界模式的时候才成立
Idc=dI/2+I1也是在CCM或BCM时成立,DCM时不成立的
allenwang6392
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本网技师
  • 2012-8-5 11:55:40
  • 倒数3
 
谢谢,应该理解成BCM时,I1=0,CCM时,I1为某一文波电流谷值,是吗?
daxia4540827
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总工程师
  • 2012-8-3 00:00:36
 
有效值吧!
Coming.Lu
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版主
  • 2012-8-3 07:48:39
 
计算线径,应按有效值计算,还要考虑趋肤效应等因素。
zhouyi1103
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本网技师
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  • 倒数2
 
学习了!
jsh560
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