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在開關(guān)電源中與磁性元件有關(guān)的損耗介紹

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2020年05月23日  

對(duì)于一般的設(shè)計(jì)工程師來說,開關(guān)電源是非常復(fù)雜的。由于磁性元件術(shù)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(píng)估損耗的性質(zhì)。


與變壓器和電感有關(guān)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(shè)計(jì)和建造中加以控制。


滯回?fù)p耗與繞組的匝數(shù)和驅(qū)動(dòng)方式有關(guān)。它決定了每個(gè)工作周期在B≥H曲線中掃描的面積。掃掠面積是由磁場(chǎng)力完成的功。磁場(chǎng)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(guān)和整流器大,但處理不當(dāng)也會(huì)成為一個(gè)問題。在100kHz時(shí),Bmax應(yīng)設(shè)置為材料飽和通量密度BSAT的50%。在500kHz時(shí),開關(guān)電源Bmax應(yīng)設(shè)置為材料飽和通量密度BSAT的25%。在1MHz時(shí),Bmax應(yīng)設(shè)置為材料飽和通量密度BSAT的10%。這是由開關(guān)電源(3C8等)中鐵磁材料的特性決定的。)。


渦流是一種在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下在磁芯內(nèi)部大范圍內(nèi)產(chǎn)生的循環(huán),一般設(shè)計(jì)者對(duì)減少這種損失沒有什么可做的。


電阻損耗是指由變壓器或電感內(nèi)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(yīng)電阻損失。直流電阻損耗由繞組導(dǎo)體電阻的乘積和電流的有效值決定。趨膚效應(yīng)是由于導(dǎo)體中心的電流在導(dǎo)體內(nèi)強(qiáng)交流電磁場(chǎng)的作用下被"推"到導(dǎo)體表面而使導(dǎo)體的電阻實(shí)際增大,并且由于電流在較小的截面內(nèi)流動(dòng)而使導(dǎo)體的有效直徑變小。


開關(guān)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(guān)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(huì)引起問題,因?yàn)樗粫?huì)將功率傳遞給負(fù)載,而是在周圍的元件中產(chǎn)生振蕩能量。在變壓器和電感的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)控制繞組的漏感。每個(gè)泄漏值是不同的,但可以控制到一定的等級(jí)。


一些減少繞組漏電的一般經(jīng)驗(yàn)法則是:延長(zhǎng)繞組的長(zhǎng)度,靠近核心,繞組之間的緊密耦合技術(shù),以及類似的匝數(shù)比(例如接近1)。"對(duì)于直流-直流變換器中常用的E-E核心,漏感估計(jì)為繞組電感的3%≤5%。在離線變換器中,如果變壓器符合嚴(yán)格的規(guī)定,一次繞組的漏感可高達(dá)繞組電感的12%。用于絕緣繞組的磁帶使繞組變短,使繞組遠(yuǎn)離核心和其他繞組。


在直流磁鐵的應(yīng)用中,開關(guān)電源廠家沿磁芯的磁路一般需要一個(gè)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(kuò)散。氣隙的存在會(huì)產(chǎn)生一個(gè)致密的磁通區(qū),從而在靠近線圈或氣隙附近的金屬部件中產(chǎn)生旋流。這種損失一般不是很大,但很難確定。


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