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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々寿命。

                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〓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﹐磁芯截面卐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Ψ 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ζ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ㄨ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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