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        磁性元件的主要作用和它的主要損耗
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        磁性元件的主要作用和它的主要損耗

        2020-01-15 09:08:19 來源:電源Fan 點擊:3624

        【大比特導讀】開關電源磁性元件一般指變壓器和電感。與變壓器和電感相關的損耗關鍵有三種:磁滯損耗、渦流損耗和電阻損耗。變壓器的主要作用是提供初級和次級線圈的電氣設備防護,使輸出工作電壓或升或降,傳輸動能。

        開關電源磁性元件一般指變壓器和電感。變壓器在開關電源中運用十分普遍 ,變壓器的主要作用是提供初級和次級線圈的電氣設備防護,使輸出工作電壓或升或降,傳輸動能。電感在開關電源中起著儲能和濾波效果 。在典型的降壓變換中,電感的一端是連接到DC輸出工作電壓,另一端根經過電源開關頻率轉換連接到輸入工作電壓或是GND,在電源開關 分辨期內對負荷提供不斷的動能。

        一般來說,磁性元器件的損耗占開關電總損耗的15 %上下,掌握磁性元器件的損耗的構成對提升開關電源高效率具備關實際意義。

        與變壓器和電感相關的損耗關鍵有三種:磁滯損耗、渦流損耗和電阻損耗。在設計方案和結構變壓器和電感時能夠操縱這些損耗。

        磁滯損耗

        磁滯損耗與繞組的線圈匝數和驅動方法相關。它決策了每一工作中周期時間在B-H曲線內掃過的總面積。掃完的總面積就是磁場力所做的功,磁場力使磁心內的磁疇重新排序,掃完的總面積越大,磁滯損耗就會越 大。該損耗由式(6)得出。

        如公式計算中所聞,損耗是與輸出功率和最大工作磁通量相對密度的二次方成正比。儘管這一損耗比不上輸出功率電源開關和整流器內部的損耗大,可是疏忽大意也會變成一個難題。在100 kHz時,Bmax應設置為原材料飽和狀態磁通量相對密度Bsat的50 %。在500 kHz時,Bmax應設置為原材料飽和狀態磁通量相對密度Bsat的25 %。在1MHz 時,Bmax應設置為原材料飽和狀態磁通量相對密度Bsat的10 %。它是根據鐵磁原材料在開關電源(3C8等)中主要表現出來的特點決策的。

        渦流損耗

        當變壓器工作時。磁芯中有磁力線越過,在與磁力線垂直的平圖上就會造成感應電流,因為電流自稱合閉控制迴路產生環流,且成旋渦狀,所以稱之為渦流。渦流的存有使磁芯發燙,耗費動能,這類損耗稱之為渦流損耗。

        渦流損耗比磁滯損耗小得多,但伴隨著輸出功率的提升而快速提升,如式(7)圖示 。

        渦流是在強磁場中磁心內部大範圍之內磁感應的環流。一般設計師沒有過多方法來降低這一損耗。

        電阻損耗

        電阻損耗是變壓器或電感內部繞組的電阻造成的損耗。有兩種方式的電阻損耗:直流電阻損耗和集膚效應電阻損耗。直流電阻損耗由繞組輸電線的電阻與穿過的電流有效值二次方的相乘所決策。集膚效應是因為在輸電線內強交流磁場功效下,輸電線中心的電流被“推向”輸電線表層進而輸電線的電阻具體提升引發,電流在更小的截面中流動使輸電線的合理直徑看起來變小。式(8)得出了這兩個損耗在一個關係式中的計算式。

        漏感(用串聯於繞組的小電感表達)使一部分磁通量不與磁心交鏈而滲到周邊的氣體和原材料中。它的特點並不是受與之有關的變壓器或電感的影響,因而繞組的反射特性阻抗並不是影響漏感的性能 。

        漏感會產生一個難題,由於它沒有將輸出功率傳送到負荷,只是在周邊的元器件中造成振蕩動能。在變壓器和電感的總體設計中,要操縱繞組的漏感尺寸。每一個的漏感值都是不一樣,但能操縱到某一額定值。

        一些降低繞組漏感的通用性工作經驗規律是:加長繞組的長度、離磁心間距更近、繞組之間的緊耦合技術,及其相仿的匝比(如貼近1:1)。對一般用以DC-DC 變換器的E-E型磁心,預估的漏感值是繞組電感的3%~5%。在離線式變換器中,一次繞組的漏感將會達到繞組電感的12 %,假如變壓器要考慮嚴苛的安全規範的話 。用於絕緣繞組的膠布會使繞組更短,並使繞組遠離磁心和別的繞組。

        後邊能夠看見,漏感造成的額外損耗能夠被運用。

        在直流磁鐵的運用場所,沿磁心的磁路一般必須有一個氣隙。在鐵氧體磁心里,氣隙是在磁心的中部,磁通量從磁心的一端流入另一端,雖然磁力線是從磁心的中心向外散開了。氣隙的存有造成了一塊聚集的磁通量地區,這會造成鄰近電磁線圈或挨近氣隙的金屬材料構件內的渦流流動。這一損耗一般並不是挺大,但很難明確 。

        直流損耗根本原因是電流穿過變壓器繞組的實阻抗而造成的損耗,正比於電流量有效值大小的平方米。P=I²xR

        而交流損耗則相對性繁雜,包括繞組趨膚效應,鄰近效應造成的損耗。

        集膚效應

        集膚效應又叫趨膚效應,是指導體經過交流電流時,在導體截面中,存有邊緣部分電流強度大,中心部分電流密小的狀況。電流穿過導體時,會造成電磁場。針對交替變化的電流,則會造成交替變化的電磁場 。依據法拉第電磁感應,電導體自身會造成渦流,造成損耗。

        鄰近效應

        當兩個鄰近電導體穿過方位相反的電流量時,彼此之間會造成磁動勢,則磁動勢在另一方電導體時會造成渦旋,造成損耗。

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