目录
一、电磁感应现象
这个现象是如何产生的
磁生电的变换的条件
二、电感的伏安特性
计算磁场大小可以用上面这个公式
磁感应强度B来表示
u0是真空磁导率
N是线圈的匝数
I是通过这个线圈的的电流大小
电生磁的过程就是由I来生成这个B
可以加入磁芯提高磁感应强度
u磁芯的磁导率
电感在磁场里面存储以及传递的能量可以用磁通量间接的表示它。
Ae横截面
B磁力线密度
Φ磁通量
感生电动势大小E=磁通变化量/磁通变化时间,这个表示的1匝线圈产生的感生电动势
整个电感线圈产生的感生电动势UL=匝数*磁通变化量/磁通变化时间
电感线圈上的电流是变化的,电感线圈上的电压可以突变
UL是电感两端的电压;
L是电感量
ΔI电流的变化量
Δt变化的时间
三、Buck变换器原理
开关闭合电感电压UL=Uin-Uo
开关断开电感电压UL=Uo
伏秒平衡
D占空比
Ton/T=D,Ton/Ton+Toff=D
Ton是开关闭合时间
Toff是开关闭合时间
T是周期
输出电压Uo=Uin*D
Uo输出电压
Uin输入电压
D占空比,开关闭合的时间
电感的平均电流/腰线电流IL_avg=IL_min+[(IL_max-IL_min)/2]
IL_avg是电感的平均电流,也叫腰线电流
IL_max是电感周期中的最大电流
IL_min是电感周期中的最小的电流
ΔIL是电感电流的变化量=IL_max-IL_min
电流的斜率K
ΔI/Δt=UL/L=K
ΔI电流的变化量
Δt变化的时间
UL电感两端的电压,Ton期间为UL=Uin-Uo,Toff期间为UL=Uo
K为斜率
注意:第三节这边需要记住的公式有:
四、电感的电流模式
观察相同条件下电感电流变化的波形,只改变电感量L的大小
变化特点:
电感量减小:
电感电流工作在临界导电模式(BCM)B是临界的意思,C是电容的意思,M是模式的意思;
如果继续减小电感量
电感量更小即进入断续电流模式(DCM)
电感量增加
连续导电模式(CCM)
结论
电感大小的优缺点如下:
电感量大:
电感量小 :
采用的电感量不同,电流的工作点不同
一、电磁感应现象
在A段有个开关与直流电源,在B段有个电流计
当我们把开关闭合一下,电流计的指针会摆动一下然后回到0;
当我们把开关断开一下,电流计的指针也会摆动一下回到0,但是摆动的方向是和原本向相反的;
这个现象就是电磁感应现象。
这个现象是如何产生的
当我们开关闭合,A线圈就有电流流过,这个电流是增加的,这个电流会产生磁通,通过铁环传递给B线圈。
B线圈感应到这个磁通的变化,就会在两端产生感生电动势,两端有电动势的产生就会在外面的电路产生电流。
这个过程是由A端的电生磁到B端的磁生电,这是一个能量转换的过程。
磁生电的变换的条件
这个条件就是磁通一定要有变化才会产生磁感应电动势。
如何才能产生变化,这就要要求A线圈的电流是变化的;
如果A线圈的电流是恒定不变,那么磁通是不会变化的;
如何使A线圈的电流是变化的,这就要在A线圈的回路中增加一个开关,在一个周期中反复的开关开关就会使A线圈中的磁通,电流不断的变化。
所以:变压器正常工作的关键是要磁通有变化。
二、电感的伏安特性
电感线圈通电之后,会产生磁场,磁场是有一定极性的,而且磁场分布,是一个封闭的回路。在线圈的内部磁力线是比较密集的,磁场的强度是比较强的,外面空气中的的这个磁力线是比较稀疏的,磁场从强度比较弱。
计算磁场大小可以用上面这个公式
磁感应强度B来表示
u0是真空磁导率
N是线圈的匝数
I是通过这个线圈的的电流大小
电生磁的过程就是由I来生成这个B
可以加入磁芯提高磁感应强度
B磁感应强度
u磁芯的磁导率
N线圈匝数
I是通过线圈的电流大小
电感在磁场里面存储以及传递的能量可以用磁通量间接的表示它。
Ae横截面
B磁力线密度
Φ磁通量
在电感生产出来后,电感的磁芯是确定的,磁导率是确定的,横截面积是确定的,剩余电流与磁通量是不确定,磁通量与电流成正比,电流越大磁通量越大。
大致衡量电感存储的能量,匝数*磁通量。NΦ=LI表示的电流产生的磁场。
磁生电
感生电动势大小E=磁通变化量/磁通变化时间,这个表示的1匝线圈产生的感生电动势
整个电感线圈产生的感生电动势UL=匝数*磁通变化量/磁通变化时间
从上面的公式可以得出:
电感线圈上的电流是变化的,电感线圈上的电压可以突变
我们一般只要记住上面这个公式UL=L*ΔI/Δt
UL是电感两端的电压;
L是电感量
ΔI电流的变化量
Δt变化的时间
三、Buck变换器原理
上面是Buck结构原理图
Buck变换器可以把一个高的直流电压变换成一个低的直流电压。
主要用到四个元件:1、功率开关 2、储能电感 3、续流二极管 4、储能电容。
开关闭合电感电压UL=Uin-Uo
开关断开电感电压UL=Uo
根据电磁感应定律,电感两端产生的感生电动势=匝数*磁通变化量/磁通变化时间,推到一下,磁通的变化量=电感产生的感生电动势*变化时间。
伏秒平衡
开关在闭合的时候所存储的能量与开关断开的时候所释放的能量是相等的
假设某一时刻,这个电路工作是稳定的,也就是说开关在闭合的时候所存储的能量与开关断开的时候所释放的能量是相等的。
D占空比
Ton/T=D,Ton/Ton+Toff=D
Ton是开关闭合时间
Toff是开关闭合时间
T是周期
输出电压Uo=Uin*D
Uo输出电压
Uin输入电压
D占空比,开关闭合的时间
输出电压=输入电压*开关闭合时间/开关闭合时间+开关断开时间(开关周期)称作为开关的导通时间的占空比用D来表示他,所以输出电压=输入电压*占空比
在BUCK电路中D是一个小于1的数,所以是降压的。
电感的平均电流/腰线电流IL_avg=IL_min+[(IL_max-IL_min)/2]
IL_avg是电感的平均电流,也叫腰线电流
IL_max是电感周期中的最大电流
IL_min是电感周期中的最小的电流
ΔIL是电感电流的变化量=IL_max-IL_min
电感的平均电流=电感的最小电流+电感电流的变化量ΔIL/2
电感的平均电流=最小电流+最大电流-最小电流/2
大概的电感电流波形如下
电流的斜率K
ΔI/Δt=UL/L=K
ΔI电流的变化量
Δt变化的时间
UL电感两端的电压,Ton期间为UL=Uin-Uo,Toff期间为UL=Uo
K为斜率
开关开的时候,电流线性增加;
开关断的时候,电流线性减小;
注意:第三节这边需要记住的公式有:
开关闭合电感电压UL=Uin-Uo;
开关断开电感电压UL=Uo;
D占空比 D=Ton/T;
输出电压Uo=Uin*D;
电感的平均电流/腰线电流IL_avg=IL_min+[(IL_max-IL_min)/2];
四、电感的电流模式
观察相同条件下电感电流变化的波形,只改变电感量L的大小
1、输入电压、输出电压、开关频率不变(即周期T和占空比D不变);
2、不限制电流峰值(即允许电流波动幅度可大可小);
3、改变电感量L大小;
在相同Ton的条件下来观察电感电流变化的波形如下:
变化特点:
电感量减小:
电感电流的上升速度比电感量适中要快,电流上升的线更陡,根据斜率公式
其他条件都不变化的话,L越小斜率K越高;
因为上升的斜率更快,所以上升的最大电流IL_max比电感适中的最大电流IL_max来的更大;
电感电流工作在临界导电模式(BCM)B是临界的意思,C是电容的意思,M是模式的意思;
如果继续减小电感量
因为上升的斜率更快,所以电感电流会继续提高,电感电流如图中的虚线部分
下降的速度也会提快,所以电感电流还没到T就已经把能量释放完了到TD的地方,电流到0的时候开关周期还没开始就结束了,把这种模式称作:
电感量更小即进入断续电流模式(DCM)
电感量增加
K斜率就会减小;
电流的上升速度就会变慢;
电流的峰值也会降低;
这种模式称为:
连续导电模式(CCM)
结论
在其他条件不变的情况下,改变电感的电感量L,将改变电流的纹波大小,也就是幅度
电感大小的优缺点如下:
电感量大:
纹波电流小,输出给负载就会平滑些,电感的体积增大,磁芯的利用率降低,成本也会增加,可以减小滤波电容
电感量小 :
纹波电流大,输出给负载就会波动些,电感的体积减小,磁芯的利用率提高,成本也会减小,需要增大滤波电容