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在開關電源中與磁性元件有關的損耗介紹

鉅大LARGE  |  點擊量:1403次  |  2020年05月23日  

對于一般的設計工程師來說,開關電源是非常復雜的。由于磁性元件術語的特殊性,下面描述的損耗主要由核心制造商以圖表的形式表示,這是非常容易使用的。這些損耗列在這里,以便評估損耗的性質。


與變壓器和電感有關的損失有三種:滯后損耗、渦流損耗和電阻損耗。這些損耗可以在變壓器和電感的設計和建造中加以控制。


滯回損耗與繞組的匝數和驅動方式有關。它決定了每個工作周期在B≥H曲線中掃描的面積。掃掠面積是由磁場力完成的功。磁場力使磁芯中的磁疇重新排列。掃掠面積越大,滯后損耗就越大。


從公式中可以看出,損耗與工作頻率和工作磁通密度的二次冪成正比。雖然這種損耗沒有功率開關和整流器大,但處理不當也會成為一個問題。在100kHz時,Bmax應設置為材料飽和通量密度BSAT的50%。在500kHz時,開關電源Bmax應設置為材料飽和通量密度BSAT的25%。在1MHz時,Bmax應設置為材料飽和通量密度BSAT的10%。這是由開關電源(3C8等)中鐵磁材料的特性決定的。)。


渦流是一種在強磁場作用下在磁芯內部大范圍內產生的循環,一般設計者對減少這種損失沒有什么可做的。

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電阻損耗是指由變壓器或電感內部繞組的電阻引起的損耗。電阻損失有兩種形式:直流電阻損失和皮膚效應電阻損失。直流電阻損耗由繞組導體電阻的乘積和電流的有效值決定。趨膚效應是由于導體中心的電流在導體內強交流電磁場的作用下被"推"到導體表面而使導體的電阻實際增大,并且由于電流在較小的截面內流動而使導體的有效直徑變小。


開關電源的漏感(以與繞組相連的小電感表示)使部分磁通漏入周圍的空氣和材料,而不與鐵芯相交。其特性不受變壓器或與之相關的電感的影響,因此繞組的反射阻抗不影響漏感的性能。


漏電可能會引起問題,因為它不會將功率傳遞給負載,而是在周圍的元件中產生振蕩能量。在變壓器和電感的結構設計中,應控制繞組的漏感。每個泄漏值是不同的,但可以控制到一定的等級。


一些減少繞組漏電的一般經驗法則是:延長繞組的長度,靠近核心,繞組之間的緊密耦合技術,以及類似的匝數比(例如接近1)。"對于直流-直流變換器中常用的E-E核心,漏感估計為繞組電感的3%≤5%。在離線變換器中,如果變壓器符合嚴格的規定,一次繞組的漏感可高達繞組電感的12%。用于絕緣繞組的磁帶使繞組變短,使繞組遠離核心和其他繞組。


在直流磁鐵的應用中,開關電源廠家沿磁芯的磁路一般需要一個氣隙。在鐵氧體磁芯中,氣隙位于磁芯的中間,磁通從磁芯的一端流向另一端,盡管磁路從磁芯的中心向外擴散。氣隙的存在會產生一個致密的磁通區,從而在靠近線圈或氣隙附近的金屬部件中產生旋流。這種損失一般不是很大,但很難確定。

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