[发明专利]一种UI、UU型粉末磁芯斩波电感非标设计方法

摘要

本发明涉及一种UI、UU型粉末磁芯斩波电感非标设计方法，属于电感设计技术领域。本发明方法适用于buck、boost、buck‑boost等类型的斩波电感。本发明以电感平均电流、电感纹波电流、开关频率、目标电感量、电感最大长宽高、散热参数等为输入条件，基于现有的粉末磁芯条自由拼接，无开口气隙，得到满足电感量的同时，满足磁密及温升等条件下的最小体积电感结构。本发明解决了基于无标准磁芯下的磁芯条自由拼接最优设计问题。

主权项

1.一种UI、UU型粉末磁芯斩波电感非标设计方法，其特征在于：该方法包含如下步骤：/nS1：准备磁芯材料参数，根据磁芯材料参数，列出磁芯材料库对应的所有磁芯条；/nS2：将磁芯条的宽度或者厚度指定为片宽，并将磁芯条按照片宽从小到大进行排列；/nS3：根据步骤S2中的片宽，在每个片宽下，列出对应的磁芯条厚度或宽度，设置为单位叠厚，并将磁芯条按照单位叠厚从小到大排列；/nS4：根据步骤S3中的单位叠厚，针对每个单位叠厚，将该单位叠厚的整数倍设置为磁芯叠厚；/nS5：将步骤S4中所列出的磁芯条在固定的片宽和磁芯叠厚的情况下，将磁芯条在长度方向上进行单根或者双根的拼接，并将拼接后的磁芯条依照长度从小到大排列；/nS6：根据步骤S4中的磁芯叠厚，针对每个磁芯叠厚，将步骤S5获得的磁芯条长度设定为窗高值，在该磁芯叠厚下，将拼接后的磁芯条根据窗高值从小到大进行排列；/nS7：根据步骤S6中的窗高值，针对每个窗高值，将将步骤S5获得的磁芯条长度设定为磁芯宽度，在该窗高值下，将拼接后的磁芯条根据磁芯宽度从小到大进行排列；/nS8：根据步骤S2的片宽，步骤S3的单位叠厚，步骤S4的磁芯叠厚，步骤S6的窗高值，步骤S7中的磁芯宽度，设初始顺序s＝1，对磁芯进行磁芯条按照顺序进行拼接，并进行电感空间校核，获得磁芯拼接表；/nS9：根据磁芯拼接表中的磁芯尺寸，计算线圈尺寸、线圈匝数，并进行电感校核；/nS10：判断磁芯尺寸是否满足终止条件，若不满足，s＝s+1，返回步骤S8，若满足终止条件，则执行步骤S11；/nS11：根据体积最优筛选出最终的拼接结果；/n步骤S8中对拼接后的电感进行空间校核具体为：/n长度校核要求：L_z＝a+c≤L_s；/n宽度校核要求：W_z＝2a+2h≤W_s；/n高度校核要求：H_z＝b+2h≤H_s；/n其中，L_z为拼接出的磁芯加上线圈形成电感之后的长度，W_z为拼接出的磁芯加上线圈形成电感之后的宽度，H_z为拼接出的磁芯加上线圈形成电感之后的高度，L_s、W_s、H_s分别为电感最大长宽高，a＝kcx-2h，kcx为磁芯宽度，b为窗高值，c为磁芯长度，h为磁芯条厚度；/n步骤S9中计算线圈匝数，进行电感校核的流程如下：/nS91：根据初始磁导率计算出最低匝数；/nS911：计算磁芯截面积：A_c＝c×h，其中c为磁芯长度，h为磁芯条厚度；/nS912：计算磁路长度：l_c＝2a+2b+πh，其中a＝kcx-2h，kcx为磁芯宽度，b为窗高值；/nS913：根据初始磁导率计算出初始匝数：/n /n /n其中，A_L为单匝电感量，μ₀为真空磁导率，μ_r0为磁芯材料初始相对磁导率，N₀为初始匝数，L₀为目标电感值；/nS92：令线圈匝数N＝N₀；/nS93：根据线圈匝数计算获得计算电感值；/n /n其中B_I为平均电流下的磁感应强度，由磁化曲线，即B-H曲线获得，I_L为电感平均电流，L_so为计算电感值；/nS94：根据计算电感值与目标电感值之间的偏差确定最终线圈匝数N；/n若偏差类型为±，当N匝电感值偏差量首次大于N-1匝时，线圈匝数N＝N-1，继续步骤S95，否则，N＝N+1，返回步骤S93；/n若偏差类型为+，当N匝电感值首次大于目标电感值时，线圈匝数N＝N，继续步骤S95，否则，N＝N+1，返回步骤S93；/nS95：进行电感偏差校核，当计算电感值满足：/n /n其中，L₀为目标电感值，RL为允许最大电感相对偏差；/nS96：进行最大磁通密度校核，判断磁芯是否饱和；/nS97：通过电流密度确定导线参数；/nS98：计算损耗并进行温升校核；/nS99：将损耗和温升满足要求的结果填写到临时结果清单；/n步骤S97具体为：/nS971：设初始电流密度为J＝2.0；/nS972：计算导线的宽度和厚度值，判断窗宽是否满足要求；/n三角波斩波电感电流有效值：/n导线截面积：/n导线宽度：w＝b-2L_d，其中b为磁芯窗口高度，L_d为端空距离；/n导线厚度：h_line＝A_w0/w；/n判定a_x＝[N×h_line+(N-1)×h_ins]≤a，其中a_x为需要窗宽，h_ins为单层绝缘厚度；/nS973：若满足要求则无需再增加电流密度，进行下一步计算，若不满足要求，进行判定；/nS974：若J≥6.0，则回到主流程，若J＜6.0，则J＝J+0.1，执行S972；/n步骤S10中的终止条件为：/n当a>W_s或a/b>10时，kcx不再继续增大；/n当b>H_s或b/a>10时，b值不再继续增大；/n当c>L_s或c/h>20时，c值不再继续增大；/n其中，kcx为磁芯宽度，a＝kcx-2h，b为窗高值，c为磁芯长度，W_s为允许最大宽度，H_s为允许最大高度，L_s为允许最大长度。/n