高手教你如何計算逆變器輸出濾波電感

　　在全橋的逆變器當中，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中濾波電感的計算方法以及所用材料。

　　想要確定逆變器當中的濾波電感值，我們首先需要確定電感的LC值，而后在此基礎上來進行設計。

　　一般來說，逆變濾波電感使用Iron Powder材料，或High Flux、Dura Flux材料，Ferrite也可以。一般應保證其鐵損與銅損有一個比例，如0.2~0.4，之所以不用0.5（此時效率最高），是因為散熱的問題。

　　對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，其在輸出過零點時，SPWM波的占空比最高（0.5，不計死區時間），此時電感上的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。

　　相應的B值為：

　　Bpkmax=10e8*Vi/（8fAN） （2）

　　A為磁芯截面，N為匝數，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）

　　當輸出電壓瞬時值不為零時，可經由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SPWM周期的Bpk，其與輸出電壓的關系如下：

　　Vo/Vi在圖中最高比例為0.5，這只對輸出峰值等于Bus電壓的情況。在實際使用中，如果需要更高的輸出精度，Bus還會降低，比值相應變小。同時也可以看出，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的磁密變化，卻并不利于直接計算損耗。

　　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。當然，損耗最大發生在輸出為零的情況。

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

　　至于銅損，相信再簡單不過了，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，再乘一個系數。倒是溫度系數不得不考慮。

　　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，到時再算一下。

　　還有一點，通過控制理論和上述方法算出的最優解未必符合，自已取舍了。

　　本文主要給出了全橋逆變器當中濾波電感的計算方法，并對濾波電感的材質的選擇進行了建議，對新手設計者來說有著很大的幫助。希望大家在看過本篇文章之后，能學會逆變器當中濾波電感的計算方法，從而為自己的設計打下堅實的基礎。