磁芯損耗是磁芯材料內(nèi)交替磁場引致的結(jié)果。某一種材料所產(chǎn)生的損耗,是操作頻率與總磁通擺幅(ΔB)的函數(shù)。磁芯損耗是由磁芯材料的磁滯、渦流和剩余損耗引起的。每個(gè)材料頁面都有顯示每種材料的磁芯損耗曲線及與曲線配合的公式。這些資料是用卡拉克-希斯瓦特計(jì)(Clarke-HesseV-A-W Meter)所測得的正弦波磁芯損耗算出的,這些曲線的典型公差為±15%。各種頻率的磁芯損耗作為一個(gè) AC 磁通密度峰值的函數(shù)時(shí),以每立方厘米多少毫瓦特(mW/cm 3 )顯示。查閱 Core Loss Comparison Table 提供了每種材料在某一特定 AC 磁通密度下相應(yīng)于不同頻率的磁芯損耗(單位為mW/cm 3 )的快捷比較,各種材料在其他磁通密度下的相對(duì)磁芯損耗,會(huì)隨每種材料對(duì)所操作的 AC 磁通密度反應(yīng)而不同。用于計(jì)算在某一交變信號(hào)下的 AC 磁通密度峰值的公式,是以每半周平均電壓的國際單位(SI Unit)為依據(jù):

若用 cgs 單位時(shí),下面公式常用于正弦波訊號(hào),其中電壓以 rms 值計(jì)算

因數(shù) 10的8次方是因?yàn)橐獙?Bpk 由特斯拉(Tesla)轉(zhuǎn)為高斯(1 特斯拉=10的4次方 高斯)及將橫截面積(A)由 m 2換算為 cm 2 (m 2=10的4次方 cm2 )的結(jié)果。常數(shù)由 4 轉(zhuǎn)為 4.44,是基于正弦波的波形,由于波形因數(shù)等於 rms 值除以半周平均值,所以,正弦波的波形因數(shù)是 1.11 (π/(2√2)。方形波的波形因數(shù)為 1.00。
這一公式是用于測定 AC 磁通密度的峰值(Bpk),與磁芯損耗曲線并用,在正弦波的應(yīng)用上,例如 60Hz 的差模線性濾波電感器,電源諧振電感器及功率因數(shù)校正抗流器的基本線路頻率訊號(hào)方面均適合。
在這狀態(tài)下,磁芯產(chǎn)生—種 AC 磁通密度峰與峰之間的擺幅(ΔB),這一擺幅是上述公式所計(jì)算出的 AC 磁通密度峰值(Bpk)的兩倍,如下圖所示 :

在總損耗主要是由磁芯損耗而不是銅損耗引起的電感器用途上,可用磁導(dǎo)率較低的磁芯材料改進(jìn)總體的表現(xiàn)。這在高頻諧振電感器方面是典型的方法。
采用磁導(dǎo)率較低的磁芯材料時(shí)(例如材料-2,μ = 10),則需另加圈數(shù)來取得所要求的電感值。增加圈數(shù)固然會(huì)增加線圈損耗,但也會(huì)降低操作的 AC 磁通密度,令磁芯損耗減少。
在鐵氧結(jié)構(gòu)內(nèi)造一個(gè)特定的氣隙,也可降低磁芯的有效磁導(dǎo)率,從而降低操作磁通密度,但此種氣隙可以造成嚴(yán)重的局部氣隙損耗問題,當(dāng)頻率高于 100 kHz 時(shí)尤其顯注。在很多例子里,氣隙損耗都會(huì)超過磁芯損耗。由于鐵粉磁芯里的氣隙是均勻分布的,所以這類局部氣隙損耗基本上是不存在的。
要顯示出磁導(dǎo)率較低的材料在磁芯損耗方面的長處,我們考慮一個(gè)設(shè)定在某值的電感器.用材料-2 (μ o = 10)比用材料-8(μ o = 35)的圈數(shù)要多 87%,這個(gè)較大的圈數(shù)令材料-2 的 AC 磁通密度只有材料-8 的 53%左右。結(jié)果用材料-2 的電感器的磁芯損耗,只有材料-8 的四份之一。一般情況下建議以材料-2,-14 作諧振電感器用途。
鐵粉磁芯在開關(guān)電源中最普遍的用途之一是 DC 輸出扼流圈,在這用途上,DC 電流及由方波電壓所引起的少量紋波電流,會(huì)在線圈造成偏置。此 DC 電流會(huì)產(chǎn)生一種 DC 磁通密度,而方形波電壓則產(chǎn)生一種交變(AC)磁通密度。
磁性材料上的直流偏置,會(huì)引至較次要的交變 BH 回線位移,但不會(huì)對(duì)磁芯損耗造成明顯影響,只有交變的磁通密度(ΔB)才能產(chǎn)生磁芯損耗。此種情況如下圖所示:

在相同的頻率和磁通密度總擺幅(ΔB)下所作的磁芯損耗測量,可得知方形波比正弦波的磁芯損耗略高。
下圖顯示了一典型的方波電壓在一個(gè)開關(guān)電源中經(jīng)過電感器時(shí)的情況:

由于伏特-秒(Et 積)在一個(gè)周期內(nèi)開與關(guān)的部分必須在穩(wěn)定狀態(tài)下相等,因此,計(jì)算一個(gè)方波(不一定是對(duì)稱的)的磁通密度峰峰值,以 cgs 為單位的公式如下:

在單端應(yīng)用中,例如反激變換,需要用前面提到的總磁通密度峰峰值公式,來檢驗(yàn)在磁芯材料的最大磁通密度限值內(nèi)的動(dòng)作以防止磁飽和。
但是,因業(yè)界習(xí)慣于以對(duì)稱零點(diǎn)的操作狀態(tài)下的 AC 磁通密度峰值的函數(shù)來表示磁芯損耗,所提供的磁芯損耗曲線假設(shè)Bpk = ΔB/2。所以,磁芯損耗是以在全周期的頻率下,用磁通密度峰峰值的一半從圖表中得出的,這里的 f = 1/tp.
下列的公式應(yīng)用於計(jì)算 AC 磁通密度峰值,此值與磁芯損耗曲線圖連用,可確定應(yīng)用于各種 DC 偏置電感器的鐵粉磁芯的高頻磁芯損耗:

在有功功率因數(shù)校正升壓拓?fù)涞碾姼衅髦?,不存在單穩(wěn)態(tài)波形。而是在高頻時(shí)(典型為 100 kHz),通過電感器的電壓峰值(E)和動(dòng)作時(shí)間(t),在整個(gè)電網(wǎng)頻率(50 或 60Hz)周期不斷變化。在這狀態(tài)下的磁芯損耗,是電網(wǎng)頻率周期內(nèi)各脈沖的平均時(shí)間磁芯損耗
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