高手教你如何計(jì)算逆變器輸出濾波電感

　　在全橋的逆變器當(dāng)中，濾波電感是非常重要的一種元件，電感值的確定將直接影響到電路的工作性能。本篇文章將為大家介紹一種逆變器當(dāng)中濾波電感的計(jì)算方法以及所用材料。

　　想要確定逆變器當(dāng)中的濾波電感值，我們首先需要確定電感的LC值，而后在此基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　一般來(lái)說(shuō)，逆變?yōu)V波電感使用Iron Powder材料，或High Flux、Dura Flux材料，F(xiàn)errite也可以。一般應(yīng)保證其鐵損與銅損有一個(gè)比例，如0.2~0.4，之所以不用0.5（此時(shí)效率最高），是因?yàn)樯岬膯?wèn)題。

　　對(duì)于上圖所示的半橋逆變電路，由于其輸出為正弦波，按照電路原理，其在輸出過(guò)零點(diǎn)時(shí)，SPWM波的占空比最高（0.5，不計(jì)死區(qū)時(shí)間），此時(shí)電感上的dB最高，ripple電流也最大，為：

　　Ippmax=Vi/（4fL）（1）

　　f為SPWM波頻率，L為濾波電感量。

　　相應(yīng)的B值為：

　　Bpkmax=10e8*Vi/（8fAN） （2）

　　A為磁芯截面，N為匝數(shù)，單位為厘米克秒制，磁密單位為Gauss。將（1）式代入（2），可得：

　　Bpkmax=10e8IppL/（2AN）（3）

　　當(dāng)輸出電壓瞬時(shí)值不為零時(shí)，可經(jīng)由Bus電壓減輸出電壓而得出L上的電壓，再按照占空比的頻率可得每一個(gè)SPWM周期的Bpk，其與輸出電壓的關(guān)系如下：

　　Vo/Vi在圖中最高比例為0.5，這只對(duì)輸出峰值等于Bus電壓的情況。在實(shí)際使用中，如果需要更高的輸出精度，Bus還會(huì)降低，比值相應(yīng)變小。同時(shí)也可以看出，輸出電壓越高，磁密變化越低。上圖可以幫助我們理想磁芯內(nèi)的磁密變化，卻并不利于直接計(jì)算損耗。

　　下圖給出了在不同輸出電壓峰值的情況下，平均損耗與最大損耗在不同材料下的比值。當(dāng)然，損耗最大發(fā)生在輸出為零的情況。

　　在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，只需知道輸出電壓峰值及Bus電壓大小。按式（2）或（3）再經(jīng)由Steinmetz公式Pmax=k*Bpkmax*n*f*m就可知Pmax，從而可知Pave，也就是您所設(shè)計(jì)電感的鐵損。

　　至于銅損，相信再簡(jiǎn)單不過(guò)了，按輸出電流有效值乘L的DC電阻就可以了。ripple就不必考慮了，太麻煩。如果頻率夠高，有渦流的話，再乘一個(gè)系數(shù)。倒是溫度系數(shù)不得不考慮。

　　下面給出一些材料的n值，方便查找曲線：

　　Micrometals

　　其它材料，廠商都有提供n值，或者其它類似參數(shù)，到時(shí)再算一下。

　　還有一點(diǎn)，通過(guò)控制理論和上述方法算出的最優(yōu)解未必符合，自已取舍了。

　　本文主要給出了全橋逆變器當(dāng)中濾波電感的計(jì)算方法，并對(duì)濾波電感的材質(zhì)的選擇進(jìn)行了建議，對(duì)新手設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)有著很大的幫助。希望大家在看過(guò)本篇文章之后，能學(xué)會(huì)逆變器當(dāng)中濾波電感的計(jì)算方法，從而為自己的設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。