電感計(jì)算的案例
在 COMSOL 中計(jì)算電感
為了求解由非磁性材料組成的電氣系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與頻域電感矩陣和交流電阻，COMSOL Multiphysics? 軟件 6.0 版本對(duì) AC/DC 模塊的磁場(chǎng)，僅電流接口的功能進(jìn)行了擴(kuò)展。這對(duì)于分析印刷電路板和電源總線系統(tǒng)非常有用，因?yàn)榭梢?em>計(jì)算總電感和部分電感。然而，我們需要理解部分電感的概念才能正確解釋和使用這個(gè)功能。接下來(lái)，讓我們來(lái)了解更多詳細(xì)內(nèi)容！
定義和計(jì)算總電感和部分電感
為了理解總電感和部分電感，我們假設(shè)一個(gè)正方形線圈模型，如下圖所示。當(dāng)電流沿著這個(gè)閉合回路流動(dòng)時(shí)，周?chē)臻g會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。我們可以通過(guò)求解總電感 和流過(guò)線圈的電流 I，由公式 定義和計(jì)算總電感 （通常簡(jiǎn)稱(chēng)為“電感”）。這個(gè)直徑 1mm 電線的方形環(huán)路，邊長(zhǎng)為 2cm，總電感為 50.6nH。
位于球形自由空間域內(nèi)的通過(guò)無(wú)限元域 截?cái)嗟恼叫慰招揪€圈，可以由理論公式計(jì)算出總電感。
該模型使用了由 無(wú)限元域 截?cái)嗟那蛐斡?，整體建模方法與 COMSOL 案例庫(kù)中的亥姆霍茲線圈案例非常相似，其中同時(shí)使用了 磁場(chǎng)，僅電流 接口和磁場(chǎng) 接口進(jìn)行計(jì)算，并證明了這些公式給出的結(jié)果相同。
盡管 磁場(chǎng)、僅電流 和 磁場(chǎng) 接口都可以使用，但這兩個(gè)公式之間存在許多差異。現(xiàn)在，我們只關(guān)注使用 注磁場(chǎng)，僅電流接口需要滿足的三個(gè)要求：
不存在導(dǎo)磁材料，例如電感器磁芯。
所有導(dǎo)體采用實(shí)體建模。
不僅可以計(jì)算總電感，還可以計(jì)算部分電感。
很顯然，本示例中的圓線環(huán)形線圈模型滿足前兩個(gè)要求，因此我們現(xiàn)在只需要關(guān)注第三點(diǎn)：部分電感的計(jì)算。
雖然總電感的概念需要一個(gè)完整的電流環(huán)路才能定義，但部分電感的思想是將整個(gè)環(huán)路細(xì)分為多個(gè)部分，每個(gè)部分都貢獻(xiàn)了各自部分的自感和互感。這些貢獻(xiàn)疊加后產(chǎn)生整個(gè)環(huán)路的總電感。
展開(kāi) 【上海&北京】JMAG應(yīng)用系列培訓(xùn)
六、報(bào)名方式
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培訓(xùn)二：JMAG基礎(chǔ)應(yīng)用培訓(xùn)
一、課程介紹：
JMAG是針對(duì)電機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、電磁閥和電磁傳感器等元器件開(kāi)發(fā)的一款強(qiáng)大的電磁計(jì)算軟件，其磁路解析法設(shè)計(jì)模塊JMAG-Express可以快速地做電機(jī)磁路法設(shè)計(jì)，并可以輸出電機(jī)的各種性能指標(biāo)和各類(lèi)特性曲線，此外它還可以一鍵生成JMAG-Designer有限元分析模型；其有限元分析模塊JMAG-Designer可以通過(guò)電機(jī)的建模、材料設(shè)置、控制電路設(shè)計(jì)和網(wǎng)格剖分等前處理功能進(jìn)行更加細(xì)致的有限元仿真計(jì)算，再結(jié)合軟件的損耗計(jì)算、電感計(jì)算、效率計(jì)算以及它的參數(shù)化、優(yōu)化計(jì)算功能，可以實(shí)現(xiàn)電磁產(chǎn)品的綜合性能優(yōu)化。本課程將對(duì)JMAG中的一些主要的高級(jí)應(yīng)用功能進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)，包括JMAG-Express電機(jī)幾何模板制作、JMAG-Designer負(fù)載運(yùn)行計(jì)算、永磁電機(jī)DQ軸電感計(jì)算、永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩參數(shù)化計(jì)算，永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)優(yōu)化計(jì)算，此外，還包括永磁電機(jī)磁鋼渦流損耗計(jì)算、永磁電機(jī)2D等效斜槽分析等特殊功能的講解。學(xué)員完成本課程學(xué)習(xí)后能夠更加深入地掌握用JMAG軟的高階應(yīng)用功能，從而提升自身的電機(jī)設(shè)計(jì)水平。
二、培訓(xùn)對(duì)象
1）從事電機(jī)、電磁設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)3年以上的工程師；
2）從事電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電機(jī)產(chǎn)品測(cè)試5年以上的工程師。
三、培訓(xùn)內(nèi)容
四、培訓(xùn)詳情
1、培訓(xùn)費(fèi)用：2000元/人。
2、培訓(xùn)時(shí)間：2天。
3、培訓(xùn)地點(diǎn)：上海市/北京市。
4、配備資料：文本講義一冊(cè)，配套模型文件。
五、開(kāi)班須知
1、報(bào)名人數(shù)達(dá)到5人及以上即開(kāi)班
2、每月月底前統(tǒng)計(jì)報(bào)名人數(shù)，月初5號(hào)前通知報(bào)名人員開(kāi)班情況
3、每月默認(rèn)第三周周三-周五為培訓(xùn)日，具體時(shí)間請(qǐng)根據(jù)最終通知進(jìn)行。
展開(kāi) Simdroid電磁分析
?靜磁場(chǎng)分析：用于計(jì)算由直流電流或永磁體所引起的空間磁場(chǎng)分布，可以計(jì)算磁矢勢(shì)A、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁感應(yīng)強(qiáng)度B等場(chǎng)量，以及電磁力F等相關(guān)物理量，一般用于磁路校核、直流電阻、直流電感計(jì)算等應(yīng)用場(chǎng)合。
? 時(shí)諧磁場(chǎng)分析：用于計(jì)算正弦/余弦電壓、電流激勵(lì)所引起的空間磁場(chǎng)分布，可以計(jì)算磁矢勢(shì)A、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁感應(yīng)強(qiáng)度B等場(chǎng)量，以及渦流損耗等相關(guān)物理量，一般用于趨膚效應(yīng)/鄰近效應(yīng)分析、損耗計(jì)算、交流電阻、交流電感計(jì)算等應(yīng)用場(chǎng)合。
? 瞬態(tài)磁場(chǎng)（場(chǎng)-路耦合）分析：用于計(jì)算由時(shí)變電流/電壓、永磁體所引起的空間磁場(chǎng)分布，可以計(jì)算磁矢勢(shì)A、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁感應(yīng)強(qiáng)度B等場(chǎng)量，以及轉(zhuǎn)矩等相關(guān)物理量，一般用于旋轉(zhuǎn)/直線電機(jī)性能分析、電磁作動(dòng)器電磁分析等應(yīng)用場(chǎng)合。
? 靜電場(chǎng)分析：用于計(jì)算由電荷密度或電勢(shì)所引起的空間電場(chǎng)分布，可以計(jì)算電勢(shì)V、電場(chǎng)強(qiáng)度E等場(chǎng)量，以及電磁力F等物理量，一般用于變壓器、絕緣子、電力金具等設(shè)備絕緣校核以及電容矩陣的計(jì)算。
? 直流傳導(dǎo)場(chǎng)分析：用于計(jì)算直流電流或直流電壓作用于導(dǎo)體上的穩(wěn)態(tài)電流場(chǎng)，可以計(jì)算電勢(shì)V、電場(chǎng)強(qiáng)度E等場(chǎng)量，以及電導(dǎo)G等物理量，一般用于電力設(shè)備直流絕緣特性分析等計(jì)算。
? 交流傳導(dǎo)場(chǎng)分析：用于計(jì)算正弦/余弦電壓、電流激勵(lì)作用于導(dǎo)體上的時(shí)諧電流場(chǎng)，可以計(jì)算電勢(shì)V、電場(chǎng)強(qiáng)度E等場(chǎng)量，以及電導(dǎo)G等物理量，一般用于分析正弦/余弦激勵(lì)下電力設(shè)備的絕緣特性等領(lǐng)域。
? 瞬態(tài)電場(chǎng)分析：用于計(jì)算任意時(shí)變電流或電壓作用下的電場(chǎng)分布，可以計(jì)算電勢(shì)V、電場(chǎng)強(qiáng)度E等場(chǎng)量，以及歐姆損耗等物理量，一般用于分析時(shí)變激勵(lì)下電力設(shè)備的耐壓特性等領(lǐng)域。
展開(kāi) ANSYS知識(shí)庫(kù) | Maxwell相關(guān)后處理問(wèn)題（五）
問(wèn)題描述：在計(jì)算永磁電機(jī)的Ld和Lq時(shí)，除了借助于腳本外，還需要激活Maxwell自身的電感矩陣計(jì)算功能。在Maxwell中如何實(shí)現(xiàn)？
解決辦法：
★ 在項(xiàng)目管理窗口，雙擊需要設(shè)置的項(xiàng)目，右鍵，Design Settings
★ 在Design Settings窗口中，選擇“Matrix computation”, 在按下圖示意打鉤看，點(diǎn)“確定”即可
來(lái)源于：ANSYS官網(wǎng)
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? RMxprt 模塊計(jì)算后的模型也可以直接導(dǎo)入至Maxwell3D 三維電磁場(chǎng)計(jì)算模塊中，其導(dǎo)
入的方法與導(dǎo)入至Maxwell2D 模塊相類(lèi)似，但也有區(qū)別導(dǎo)入Maxwell3D 模塊后軟件并不自動(dòng)給出激勵(lì)源、邊界條件和網(wǎng)格剖分等設(shè)置，僅僅是提供了電機(jī)的幾何模型和各部分材料，對(duì)于其余的前處理工作仍需要自行設(shè)置完成
激勵(lì)添加的注意事項(xiàng)：
? 在進(jìn)行靜磁場(chǎng)計(jì)算時(shí)，激勵(lì)源是以電流形式給出的。這時(shí)候我們不需要建立每匝線圈的
模型，因此我們只需要輸入每相總的電流就行了。匝數(shù)和電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只在進(jìn)行電感計(jì)算時(shí)考慮。
? Ansoft靜態(tài)電感矩陣的計(jì)算時(shí)基于特定激磁，導(dǎo)體包圍區(qū)域的線性磁導(dǎo)條件下計(jì)算的，
電感矩陣的計(jì)算是對(duì)于完整閉合的繞組的，因此要去頂每個(gè)繞組的回路關(guān)系
? 電感計(jì)算：激勵(lì)源的設(shè)置與繞組排列無(wú)關(guān)?？紤]電感時(shí)，需要輸入線圈的匝數(shù)以及線圈
是如何電氣連接的。
? 瞬態(tài)計(jì)算與靜磁場(chǎng)計(jì)算表現(xiàn)不同：沒(méi)有自適應(yīng)的網(wǎng)格剖分。因?yàn)樵诿坎剿矐B(tài)計(jì)算時(shí)幾何
形狀都不同，很明顯Maxwell不會(huì)在每步計(jì)算時(shí)都響應(yīng)地重做網(wǎng)格剖分，在動(dòng)態(tài)分析中，將所有的轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行一次盡可能合力的網(wǎng)格剖分。激勵(lì)源設(shè)置不同：在靜磁場(chǎng)計(jì)算中，僅關(guān)注流入導(dǎo)體的總電流，而在瞬態(tài)計(jì)算中，由于電流時(shí)任意的時(shí)間函數(shù)，我們使用絞線導(dǎo)體（需要明確每個(gè)繞組的準(zhǔn)確導(dǎo)體數(shù)）我們需要?jiǎng)?chuàng)建專(zhuān)用的線圈和繞組。
? 線圈的設(shè)置：Maxwell 2D/Excitations/Assign/Coil(設(shè)置正負(fù)線圈以及導(dǎo)體數(shù))
? 繞組的設(shè)置：Maxwell 2D/Excitations/Add Winding(繞組名稱(chēng)等)。然后向繞組中添加線圈 ? 完成各個(gè)槽中繞組設(shè)置，在世界電機(jī)計(jì)算中我們關(guān)心的并不是每個(gè)槽繞組的參數(shù)量，而
是電機(jī)每相繞組端的參量，因此需要將屬于每一項(xiàng)的槽繞組歸屬于同一相。
展開(kāi) 感應(yīng)電機(jī)性能參數(shù)計(jì)算
打開(kāi)電感計(jì)算功能
選擇Apparent視在電感
后處理報(bào)告中查看瞬態(tài)DQ軸結(jié)果
(1) Transient D-Q
瞬態(tài)DQ軸結(jié)果
(2) Machine Options
設(shè)置電機(jī)參數(shù)
(3) 查看結(jié)果
結(jié)果為時(shí)域數(shù)據(jù)
設(shè)置電機(jī)參數(shù)
(1) 正確設(shè)置電機(jī)參數(shù)
電機(jī)極數(shù)
DQ軸對(duì)齊角度（感應(yīng)電機(jī)可忽略該設(shè)置）
繞組方向
后處理報(bào)告中查看穩(wěn)態(tài)結(jié)果
(1) Average and RMS
平均值和有效值
(2) Machine Options
設(shè)置電機(jī)參數(shù)
(3) 查看結(jié)果
結(jié)果為avg值或rms值
設(shè)置電機(jī)參數(shù)
(1) 正確設(shè)置電機(jī)參數(shù)
電機(jī)極數(shù)
DQ軸對(duì)齊角度
繞組方向
機(jī)械損耗
機(jī)械損耗參考轉(zhuǎn)速
每個(gè)電周期時(shí)間步數(shù)
每相電阻
每相端部漏感(附加電感)
鼠籠轉(zhuǎn)子電流
使用UDO
展開(kāi) 電工常用單位與公式及換算大全
空心線圈電感量計(jì)算公式
l=(0.01*D*N*N)/(L/D+0.44)
線圈電感量l單位:微亨
線圈直徑D單位:cm
線圈匝數(shù)N單位:匝
線圈長(zhǎng)度L單位:cm
頻率電感電容計(jì)算公式
l=25330.3/[(f0*f0)*c]
工作頻率:f0單位:MHZ本題f0=125KHZ=0.125
諧振電容:c單位:PF本題建義c=500...1000pf可自行先決定,或由Q
值決定
諧振電感:l單位:微亨
線圈電感的計(jì)算公式
1、針對(duì)環(huán)行CORE，有以下公式可利用:(IRON)
L=N2．ALL=電感值（H)
H-DC=0.4πNI/lN=線圈匝數(shù)(圈)
AL=感應(yīng)系數(shù)
H-DC=直流磁化力I=通過(guò)電流(A)
l=磁路長(zhǎng)度（cm)
l及AL值大小，可參照Micrometal對(duì)照表。例如:以T50-52材，線圈5圈半，其L值為T(mén)50-52(表示OD為0.5英吋)，經(jīng)查表其AL值約為33nH
L=33．(5.5)2=998.25nH≒1μH
當(dāng)流過(guò)10A電流時(shí)，其L值變化可由l=3.74(查表)
H-DC=0.4πNI/l=0.4×3.14×5.5×10/3.74=18.47（查表后）
即可了解L值下降程度(μi%)
2、介紹一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式
L=(k*μ0*μs*N2*S)/l
其中
μ0為真空磁導(dǎo)率=4π*10(-7)。（10的負(fù)七次方）
μs為線圈內(nèi)部磁芯的相對(duì)磁導(dǎo)率，空心線圈時(shí)μs=1
N2為線圈圈數(shù)的平方
S線圈的截面積，單位為平方米
l線圈的長(zhǎng)度，單位為米
k系數(shù)，取決于線圈的半徑（R)與長(zhǎng)度(l)的比值。
計(jì)算出的電感量的單位為亨利。
展開(kāi) 回路電感詳細(xì)介紹，什么是環(huán)路面積？
環(huán)路電感
先建立信號(hào)路徑與返回路徑的概念，見(jiàn)下圖，信號(hào)的傳輸路徑分為信號(hào)路徑和返回路徑，在高速信號(hào)走線以及開(kāi)關(guān)回路中，信號(hào)層的下面往往有完整的參考平面，回流會(huì)自動(dòng)選擇阻抗最小的路徑，因此此時(shí)的回流路徑就是信號(hào)路徑在參考平面的投影。
環(huán)路電感計(jì)算公式：
環(huán)路電感 = 信號(hào)路徑自感 + 返回路徑自感 - 信號(hào)、返回路徑互感
這是一個(gè)非常重要的公式！
怎么減小走線的環(huán)路電感
從上面公式可以看出，減小環(huán)路電感的方法為減小信號(hào)路徑和返回路徑的自感，或者增加信號(hào)與返回路徑之間的互感。
減小信號(hào)路徑和返回路徑自感的方法為縮短PCB走線，或者增加這段走線的線寬，其中縮短走線程度是最有效的手段，這就是我們走線是要盡量短的重要原因之一，而增加線寬效果有限。
增加信號(hào)路徑與返回路徑互感的方法為選擇介質(zhì)厚度更薄的PCB疊層，讓信號(hào)路徑和返回路徑距離更近，或者是保證完整的參考平面，尤其是避免跨分割的出現(xiàn)。
我們通常所說(shuō)的減小環(huán)路面積，指的是減小信號(hào)路徑和返回路徑的距離，距離近了互感就大了，環(huán)路電感就小了，這個(gè)環(huán)路面積是信號(hào)與參考層之間的路徑，并不單單是信號(hào)自身的走線面積，這點(diǎn)我們不要搞混了。
文章來(lái)源：硬件工程師看海
展開(kāi) Maxwell中后處理中Winding的各個(gè)參數(shù)到底是什么？——Maxwell技術(shù)3
2. current(winding2)表示當(dāng)前線圈2感應(yīng)到線圈1之后，產(chǎn)生感應(yīng)電壓，再根據(jù)電阻和電感計(jì)算出電流的變化過(guò)程，結(jié)果如下
3.inputvoltage表示輸入的電壓值，該算例中線圈2的輸入的結(jié)果是0
4.induced voltage表示線圈受到變化的磁場(chǎng)之后產(chǎn)生的感應(yīng)電壓通過(guò)電阻之后，在電阻兩側(cè)測(cè)量的電壓值，其結(jié)果為電流*電阻，而電流和電感和電阻相關(guān)，線圈二對(duì)應(yīng)的電壓如圖所示
如果想知道線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的數(shù)值則需要設(shè)置電阻很大1GΩ，或者電阻1Ω的時(shí)候，設(shè)置一圈線圈，則電感很小，將感應(yīng)電壓乘以圈數(shù)即可
5.fluxlinkage表示通過(guò)線圈的磁通量，本例的結(jié)果如下所示，表示前10ms表示磁通量加速增大，對(duì)應(yīng)的電流成上升過(guò)程，后期磁通量穩(wěn)定變化，表示生成的電流緩慢變化，該數(shù)值表達(dá)的是線圈在實(shí)際過(guò)程中的磁通量結(jié)果，考慮電感電阻效應(yīng)
6.結(jié)果中的L則表示電感，對(duì)應(yīng)的電感矩陣的數(shù)值，可以看到其電感和電流等參數(shù)沒(méi)有關(guān)系，和幾何形狀直接相關(guān)
整體表達(dá)的意思如下圖所示，其中Lwinding包含電感，但是不包含電阻
那么最重要的一點(diǎn)，電流和感應(yīng)電壓的關(guān)系到底如何，那么結(jié)果根據(jù)電路就可以得到如下RL回路
線圈里面的電流和電壓的關(guān)系為
這是電流的微分方程，其中為U線圈的感應(yīng)電壓，L為線圈電感，R為電阻。
展開(kāi) 基于ANSYS Maxwell的平面螺旋型線圈電感仿真分析
為了給線圈添加激勵(lì)，先取YZ平面上的截面，Modeler→Surface→Section→YZ，選擇 Modeler→Boolean→Separate bodies，將截面分離，選擇其中一個(gè)界面，加載1A的電流源激勵(lì)，并設(shè)置求解電感矩陣Matrix值。完畢后再設(shè)置求解選項(xiàng)進(jìn)行求解。
在Maxwell 3D→Results→Solution Data窗口中查看求解結(jié)果，可看到所建立的不含隔磁片的平面螺旋型3D線圈電感值為3.844 4 uH。
（三）仿真與實(shí)測(cè)計(jì)算結(jié)果對(duì)比
用LCR數(shù)字電橋測(cè)量圖1(a)所示線圈的電感值為 3.82uH。仿真結(jié)果如表1所示。由表1中的數(shù)據(jù)可知， 線圈2D模型所得電感值與實(shí)測(cè)電感值誤差為4.58%；線圈3D模型所得電感值與實(shí)測(cè)電感值誤差為0.63%。由此可知，本文對(duì)平面螺旋型線圈的建模方法是正確的，3D模型得到的線圈電感值比2D模型誤差更小。
在第一節(jié)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出不含隔磁片的平面螺旋型線圈的電感值與實(shí)測(cè)值誤差為1.46%，說(shuō)明用該經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算圖1(a)所示線圈電感值是準(zhǔn)確的。
三、含隔磁片的平面螺旋型線圈
用于無(wú)線充電系統(tǒng)的平面螺旋型線圈，其底部一般含有一塊軟磁鐵氧體材料制成的隔磁片，該隔磁片可以提高無(wú)線充電的轉(zhuǎn)化效率，并起到屏蔽線圈磁場(chǎng)的作用。對(duì)于含隔磁片的平面螺旋線圈，沒(méi)有可參考的計(jì)算電感值的經(jīng)驗(yàn)公式。在上一節(jié)對(duì)不含隔磁片的線圈的仿真計(jì)算中，可看到利用ANSYS Maxwell軟件仿真得到線圈的電感值與實(shí)測(cè)結(jié)果誤差很小，故本節(jié)利用ANSYS Maxwell軟件仿真分析含隔磁片的平面螺旋型線圈的電感值。
在上一節(jié)線圈2D模型的基礎(chǔ)上，于線圈下方0.2 mm 處畫(huà)一個(gè)矩形(長(zhǎng)25mm，寬1mm)作為隔磁片的模型， 所建立含隔磁片的線圈2D模型如圖5(a)所示。
展開(kāi) 基于ANSYS HFSS三維集成電感設(shè)計(jì)
(a) 主視圖
(b) 側(cè)視圖
圖1.1 三維集成電感截面圖和俯視圖
基于 TSV 的三維集成電感的電感值和性能由工藝參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)決定，工藝參數(shù)取決于采用的工藝制程，包括 TSV 的尺寸參數(shù)和 RDL 金屬的尺寸參數(shù)。在設(shè)計(jì)三維集成電感時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)得到特定電感值和特定面積的電感，設(shè)計(jì)參數(shù)包括電感匝數(shù)、TSV 排列的距離等。三維集成電感中的 TSV 呈矩陣形式分布，所有參數(shù)都在圖1.1中進(jìn)行了標(biāo)注。如下表1介紹了三維集成電感的工藝參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)及其取值大小。
2、三維集成電感等效電路模型
圖2.1 等效電路模型
如圖2.1所示的是電感的單π型等效電路，其中 Cline 為電感金屬線之間的寄生電容，R0 和 L0 分別為金屬線的寄生電阻和寄生電感，Cox為氧化層電容，Rsub 和 Csub 指襯底的寄生電阻和寄生電容。
3、基于HFSS仿真建模及結(jié)果
圖3.1 HFSS仿真模型
基于ANSYS HFSS設(shè)計(jì)仿真模型如圖3.1所示，介質(zhì)為玻璃，分別對(duì)三維集成電感的電感值、品質(zhì)因數(shù)、電容值以及電阻值進(jìn)行仿真計(jì)算。其中電感計(jì)算公式為；Q因子計(jì)算公式為；電容計(jì)算公式為；電阻計(jì)算公式為。
圖3.2 電感值vs頻率
圖3.3 Q因子vs頻率
圖3.4 電容VS頻率
圖3.5 電阻VS頻率
仿真結(jié)果如圖3.2-圖3.5所示?？梢?jiàn)，在頻率較低時(shí)，電感值穩(wěn)定在直流電感值 1.4nH 附近，而在自諧振頻率點(diǎn)（37.18GHz，電感值為0 的頻率點(diǎn)）附近電感值迅速增大，這是三維電感發(fā)生諧振的緣故。當(dāng)頻率大于自諧振頻率時(shí)，電感值為負(fù)，此時(shí)三維集成電感不再表現(xiàn)出感性。品質(zhì)因數(shù)隨著頻率的增大先增大后減小，品質(zhì)因數(shù)峰值為 35.9，所處頻率點(diǎn)為 15GHz，當(dāng)超過(guò)自諧振頻率時(shí)，品質(zhì)因數(shù)也變?yōu)樨?fù)。
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電動(dòng)汽車(chē)逆變器功率模塊的設(shè)計(jì)與仿真
由于寄生電感很大程度上取決于連接的幾何形狀，因此我們只需要考慮長(zhǎng)度不同的焊線組。 我們使用專(zhuān)用的部分電感計(jì)算器，計(jì)算不同組焊線連接的寄生電感和電阻。 下面總結(jié)了不同連接的結(jié)果。
圖 4：連接不同 IGBT、二極管芯片和 DBC 的引線鍵合
通過(guò)計(jì)算寄生電感和電阻值，我們可以使用等效一維電路圖來(lái)表示逆變器功率模塊，如圖 5 所示。 在這里，您會(huì)注意到我們已將每個(gè) H 橋部分中存在的三個(gè)并行電流路徑合并為一個(gè)。 因此，我們忽略了這些并聯(lián)電流路徑中連接不對(duì)稱(chēng)所產(chǎn)生的影響。 IGBT 和二極管使用相同電壓等級(jí)的供應(yīng)商提供的 P-SPICE 電路模型進(jìn)行建模。 對(duì)于這項(xiàng)工作，我們使用理想化的電池和三相電感負(fù)載來(lái)表示電機(jī)。
圖 5：用于電氣表征的等效一維電路圖
接下來(lái)我們定義柵極驅(qū)動(dòng)器來(lái)分析逆變器的輸出特性。 對(duì)于柵極驅(qū)動(dòng)器，我們使用 10 kHz 的正弦三角三相脈寬調(diào)制 (PWM) 信號(hào)。 生成的柵極驅(qū)動(dòng)器信號(hào)顯示在圖 6 的左側(cè)。 產(chǎn)生的三相電流輸出顯示在右上角，持續(xù)四個(gè)周期。 該圖的右下方描繪了其中一個(gè) IGBT 的集電極-發(fā)射極電壓以及柵極-發(fā)射極電壓信號(hào)。 我們可以清楚地看到由于感應(yīng)效應(yīng)在柵極關(guān)斷期間產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)。
圖 6：10 kHz 的三相 PWM 信號(hào)（左）、三相逆變器輸出電流（右上）、柵極關(guān)閉期間 VCE 中的電壓尖峰（右下）
3.2 熱特性
接下來(lái)我們將注意力轉(zhuǎn)向功率模塊的熱特性。 逆變器設(shè)計(jì)的一大挑戰(zhàn)是能夠?qū)?IGBT 和二極管的結(jié)溫保持在其工作值。 還必須確保整個(gè)功率模塊的溫度分布相對(duì)均勻。 如圖 3 所示，IGBT 和二極管管芯中產(chǎn)生的熱量最初通過(guò)層狀結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)，然后使用基底金屬板傳播，最后使用流體對(duì)流。
展開(kāi) 【技巧分享】電感飽和怎么判斷? 看完這幾個(gè)小訣竅，秒懂！
理論計(jì)算可從最大磁通密度和最大電感電流入手；
實(shí)驗(yàn)測(cè)試主要關(guān)注電感電流波形和一些其他初步判斷方法。
下面就一一介紹這些方法。
計(jì)算磁通密度
此方法適用于利用磁芯來(lái)設(shè)計(jì)電感的場(chǎng)景。磁芯參數(shù)包括磁路長(zhǎng)度le，有效面積Ae等。磁芯的型號(hào)還決定了相應(yīng)的磁材牌號(hào)，磁材對(duì)磁芯損耗，飽和磁通密度等做了相應(yīng)規(guī)定。
有了這些材料，我們就能根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況來(lái)計(jì)算最大磁通密度，公式如下：
實(shí)際中可簡(jiǎn)化計(jì)算，用ui來(lái)代替ur；最后與磁材飽和磁通密度相比較，就能判斷設(shè)計(jì)的電感是否有飽和的風(fēng)險(xiǎn)。
計(jì)算最大電感電流
此方法適用于直接利用成品電感來(lái)設(shè)計(jì)電路。
不同的電路拓?fù)鋵?duì)電感電流計(jì)算有不同的公式。
展開(kāi) 干貨｜電感飽和怎么判斷? 看完秒懂
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此方法適用于直接利用成品電感來(lái)設(shè)計(jì)電路。
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實(shí)驗(yàn)測(cè)試主要關(guān)注電感電流波形和一些其他初步判斷方法。
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計(jì)算磁通密度
此方法適用于利用磁芯來(lái)設(shè)計(jì)電感的場(chǎng)景。
磁芯參數(shù)包括磁路長(zhǎng)度le，有效面積Ae等。
磁芯的型號(hào)還決定了相應(yīng)的磁材牌號(hào)，磁材對(duì)磁芯損耗，飽和磁通密度等做了相應(yīng)規(guī)定。
有了這些材料，我們就能根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況來(lái)計(jì)算最大磁通密度，公式如下：
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計(jì)算最大電感電流
此方法適用于直接利用成品電感來(lái)設(shè)計(jì)電路。
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