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                浅谈电感磁芯损耗

                日期:2018-07-10 来源:铂科

                我们知道电感磁芯是¤很多电子产品中都会用到的产品,比如:手机,变压器♀等等,电子产品在使用过程中都会产生一定的损耗,而电感■磁芯也不例外。如果电感磁芯的损耗过大,就会影响电感磁♀芯的使用寿命。

                电感磁芯损耗(主要包括磁滞损耗和涡流损耗两部分)的特性是功率材料的一个最主要的指标,它影响甚至决定了整机的工作①效率、温升、可靠性。

                什么是电感?

                电感是把电能转化为磁能而存□ 储起来的元件,它只阻碍电流的变化,有通》电与未通电两种状态,如果电感器在没有电流通过→的状态下,电路接通时它将试图阻碍电流流过它;如果电感器在有电流通过的№状态下,电路断开时它将↑试图维持电流不变。

                电感磁芯是由线圈】和磁芯以及封装材料组成的,线圈主要起导电╱作用,磁芯是『由磁导率高的材料组成,把磁场紧密地约束在电感元件周围增大电感。磁芯是由传统的硅钢片,到铁粉, 铁氧体, 铁∑ 硅等变化。

                电感磁芯损耗

                1、磁滞损耗

                磁芯材料磁化时,送到磁场的能量有2部分,一部分转化为势能,即去掉外磁化电▼流时,磁场能量可以返回电路;而〓另一部分变为克服摩擦使磁芯发热消耗掉,这就是磁滞ㄨ损耗。

                磁滞回线,如下图:

                 

                磁化曲线中阴影部分的面积代表了在一个工作周期内,磁芯在磁化过程中由磁滞现象引起的能量◣损耗。如上图可知,影响损耗面积大小几▲个参数是:最ぷ大工作磁通密度B、最大磁场强度H、剩磁Br、矫顽力Hc,其中BH取决于外部的电场条件和磁芯的尺寸参数,而BrHc取决于↑材料特性。电感磁芯每磁化一周期,就要损耗与磁滞回线包围面积成正√比的能量,频率越高,损耗〒功率越大,磁感应摆幅越大,包围面积越大,磁滞损耗越大。

                2、涡流损耗

                在磁芯线圈中加上交流电压时﹐线圈中流过激励电流﹐激磁安匝产生的全部磁通Φi在磁芯中通过﹐如下图。磁芯本身是导体﹐磁芯截面〗周围将链合全部磁通Φi而构成单匝的副边线圈。

                磁芯中的涡流

                根据电磁感应定律可知:U= NdΦ/d t;每一匝的感应电势﹐即磁芯截△面最大周边等效一匝感应电势为

                因为磁芯材料的电阻率不是无限大﹐绕着磁芯周边有一定的电阻值﹐感应电压产生电◎流ie即涡流,流过这个电阻,引起ie2R损耗﹐即涡流损耗。

                3、剩余损耗

                剩余损耗是由于磁化弛豫效应或磁性滞后效应引起的损@耗。所谓弛豫是指在磁化或反磁化的过程中,磁化状态并不是随磁化强度的∞变化而立即变化到◥它的最终状态,而是需要一个过程,这个‘时间效应’便是引起剩余损耗的原因。它主要是在高频1MHz以上一◣些驰豫损耗和旋磁共振等,在开关电源几百KHz的电力电子场合剩余损耗比例非常低,可以近似忽略。

                选择合适的磁芯,要考虑不同的B-H曲线和频率特性,因为B-H曲线决定了电感的高←频损耗,饱和曲线及电感〇量。因为涡流一方面引起电阻损耗,导∩致磁材料发热,并引起激磁电流●加大,另一方面减少磁芯有效导磁面积。所以尽量选择电阻率高的磁性材料或采用碾轧成╳带料的形式以减少涡流损耗。因此,铂科新材料NPH-L适用于更高频率、高功率器件的低损耗金属粉芯。如图所示:

                磁芯♀损耗是磁芯材料内交替磁场引致的结果。某一种材料所产生〖的损耗,是操作频率与总磁通摆幅(ΔB)的函数,从而降低了有效传导损耗★。磁芯损耗是由磁芯材料的磁滞、涡『流和剩余损耗引起的。所以,磁芯损耗是磁滞损耗、涡流损耗和剩磁损耗的总和。公式如下:

                磁滞损耗为磁滞现象产∮生的功率损耗,正比于磁滞回线包围的面积。当穿过磁芯的磁场发生变化时磁芯内产㊣生涡流,涡流产生的损耗叫做涡流损耗。剩余损耗是除了磁滞损耗和涡流损耗以外其他所有损耗。

                这一公式是←用于测定磁通密度的峰值,与磁芯损耗曲线并用,应用在正弦波上,在这状态下⊙,磁芯产生—种磁通密度峰与峰之间的摆幅(ΔB),这一摆幅是╱上述公式所计算出的磁芯损耗磁通密度峰值的两倍,如下△图所示:

                铂科总结:在总损耗主要是由磁芯损耗而不是铜损耗引起的电感器用途上,可用磁导率较低的磁芯材料改进。

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