并绕磁环PFC电感发热严重,只因为多绕了一匝?

2019-12-05

  多线并绕磁环PFC电感,如果有一线圈少绕或者多绕1匝,测试会发现不良电感温升比正常电感温度高三、四十度,这是什么原因呢?


现有PFC电感设计为两只77192磁环叠并, F1.8mm圆铜线两股并绕22匝;拆解发现其中有一股匝数多绕了一匝,50KHz条件下测试22匝正常感量为133μH,测试23匝感量为145μH,而两个线圈并绕后测试感量为116.8μH。我们下面采用耦合电感模型和变压器模型来解释此现象。

       先对两线圈分别做正串、反串后测试感量,可得L正串和L反串,两绕组的互感M为两者之差的1/4,可得


  可以看出耦合系数k取到了0.995,对于两个线圈的磁耦合,可以写出电压平衡方程如下:

  由上述方程可得两个线圈解耦后的等效感量,从而计算每个线圈流过的电流。

  

  可以看出多出的1匝会导致两线圈内出现环流,且环流远大于实际通过电感的电流,这就是电感发热的原因。若采用变压器模型分析,等效电气参数如下图所示:


  

  根据变压器模型的电压、电流平衡方程,计算如下:

  

  计算结果与耦合电感模型得到相同的结果,均发现多1匝的线圈出现反向电流,这再次确认了电感发热的原因。

  变压器模型需要知道绕组的变比n,但是耦合电感模型却并无此参数;以上推导对变压器模型来说,即使变比n为其他值,只要自感L1、L2与互感M不变,仍然可以得到与耦合电感模型相符的结果,说明两模型是完全等效的,有兴趣的工程师可以试试看。