降低电感磁芯损耗的解决方案

作者：时间：2011-10-25来源：网络收藏

您是否有过为降压稳压器充电、进行满功率测试，随后在进行电感指端温度测试时留下了永久(烫伤)印记的经历呢?或许过高的磁芯损耗和交流绕组损耗就是罪魁祸首。在 100-kHz 开关频率下，一般不会出现任何问题，这是因为磁芯损耗约占总电感损耗的 5% 到 10%。因此，相应的温升才是问题所在。一般而言，选择电感时，只需计算出最大负载电流，通过容许 20% 纹波电流来建立电感。由于磁芯损耗微不足道，因此会出现类似于产品说明书中所示的温升。然而，随着开关频率上升至 500 kHz 以上，磁芯损耗和绕组交流损耗可以极大地减少电感中的容许直流电流。使用 20% 纹波电流来计算电感，可带来相同的磁芯材料通量激增，其与频率无关。磁芯损耗方程式的一般形式为：

　　Pcore = K × F1.3。因此，如果频率 (F) 从 100 kHz 升至 500 kHz，则磁芯损耗便为原来的 8 倍。图 1 显示了这种上升情况，还描述了随磁芯损耗上升而下降的容许铜线损耗。100 KHz时，大多数损耗存在于铜线中，同时利用全直流额定电流是可能的。更高频率时，磁芯损耗变大。由于总容许损耗由磁芯损耗与铜线损耗之和决定，因此铜线损耗必须在磁芯损耗上升时降低。这种情况一直持续到各损耗均相等。最佳情况是，在高频率下损耗稳定保持相等，并允许从磁结构获得最大输出电流。

1 0.5 MHz以上，磁芯损耗大大降低了有效传导损耗。图 1 和图 2 均基于固定磁芯体积和绕组面积，仅匝数可变。图 2 显示了图 1 所示磁芯损耗的电感和容许直流电流。1.3 MHz以下时，电感与开关频率成反比关系。电感在1.3 MHz 附近达到最小值。该频率以上，则必须升高电感来限制磁芯通量，从而将磁芯损耗控制在总损耗的 50%。该电感的额定电流也同时被计算出来。低频率时，磁芯损耗并不大，额定电流由绕组的功率损耗决定。下列方程式中，匝数与频率平方根的倒数成正比，因此频率升高 2 倍(电感降低一半)得到 0.707 匝数。L = μ × A × N2/lm 这种情况会以两种方式影响绕组电阻。匝数减少 30%，而每一匝的可用面积却增加了41%。由于绕组电阻与匝数/匝面积相关，因此电阻随频率上升而线性下降，例如：在本例中电阻下降 2 倍。较高频率时，磁芯损耗开始限制容许铜线损耗，直到达到它们相等的点为止。在这一点上，通过增加更多匝数以及升高绕组电阻，使电感上升来降低通量。这样，电感额定电流减少。因此，从电感尺寸角度来说获得了最佳频率。