變壓器中磁性元件的損耗問題詳解

　　今天我們來討論下電源電路中磁性元件的損耗。

　　電源中的磁性元件一般就是指電感與變壓器，這里我們這種討論初次級(jí)隔離的變壓器，因?yàn)檫@種變壓器在開關(guān)電源中應(yīng)用最為廣泛。

　　變壓器的作用大致是提供初次級(jí)的電氣隔離，使輸出電壓或升或降，傳送能量;變壓器設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到整個(gè)電源系統(tǒng)的安規(guī)，EMC，效率，溫升，輸出的電氣性能參數(shù)，壽命，可靠性，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。

　　升壓的做過，但經(jīng)驗(yàn)不多，說說個(gè)人的理解，不一定對(duì)，權(quán)作參考與討論之用。

　　升壓變壓器的難點(diǎn)，樓上已經(jīng)指出來了，因?yàn)槔@組的圈數(shù)太多，漏感與分布電容很難兩全其美;這個(gè)時(shí)候我覺得應(yīng)該從以下幾個(gè)方面著手：

　　1、在選擇變壓器的時(shí)候，如果結(jié)構(gòu)尺寸允許的話，我們盡量選擇高長(zhǎng)型(立式)或窄長(zhǎng)(臥式)型的，因?yàn)檫@種變壓器單層繞線圈數(shù)多，可以有效降低繞線的層數(shù)，增加初次級(jí)的耦合，減小層間電容。

　　2、優(yōu)化繞線順序，使初次級(jí)能增減耦合面積;曾經(jīng)用過這種繞法：1/3次級(jí)--1/2初級(jí)--1/3次級(jí)--1/2初級(jí)--1/3次級(jí)，結(jié)果表明此種繞法漏感可以小很多。

　　當(dāng)然這種變壓器繞制工藝稍顯復(fù)雜，成本稍高，但還是可以接受。

　　3、層間電容大家都知道，每層之間加黃膠帶，便可減少層間電容。

　　當(dāng)然這些措施都是在考慮安規(guī)與EMC的情況下，做出的改進(jìn);對(duì)于升壓電源，漏感與層間電容如果處理不好很容易引起振蕩，使電源的EMC不好過，效率不高，有時(shí)會(huì)莫名其妙的炸MOS管(我實(shí)際碰到過的情況)。

　　我們知道變壓器的損耗分為鐵損與銅損，先來說說鐵損吧。

　　變壓器的鐵損包括三個(gè)方面：

　　一是磁滯損耗，當(dāng)交流電流通過變壓器時(shí)，通過變壓器磁芯的磁力線其方向和大小隨之變化，使得磁芯內(nèi)部分子相互摩擦，放出熱能，從而損耗了一部分電能，這便是磁滯損耗。

　　二是渦流損耗，當(dāng)變壓器工作時(shí)。磁芯中有磁力線穿過，在與磁力線垂直的平面上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于此電流自成閉合回路形成環(huán)流，且成旋渦狀，故稱為渦流。渦流的存在使磁芯發(fā)熱，消耗能量，這種損耗稱為渦流損耗。

　　三是剩余損耗，在磁芯磁化或反磁化的過程中，磁化狀態(tài)并不是隨磁化強(qiáng)度變化而立即變化，有個(gè)滯后時(shí)間，滯后效應(yīng)便是引起剩余損耗的原因。

　　從鐵損包含的三個(gè)個(gè)方面的定義上看，只要控制磁力線的大小便可降低磁滯損耗，減少磁芯與磁力線垂直的面積可以減少渦流損耗。

　　趙老師在《開關(guān)電源中磁性元器件》一書中指出：

　　由上面的話可以看出，在磁芯材質(zhì)與形狀，體積等都確定的情況下，變壓器的鐵損與變壓器的工作頻率以及磁感應(yīng)強(qiáng)度擺幅deltB成正比。

　　磁滯在低場(chǎng)下可以不予考慮，渦流在低頻下也可忽略，剩下的就是剩余損耗。在磁感應(yīng)強(qiáng)度較高或工作頻率較高時(shí)，各種損耗互相影響難于分開。故在涉及磁損耗大小時(shí)，應(yīng)注明工作頻率f以及對(duì)應(yīng)的Bm值。但在低頻弱場(chǎng)下，可用三者的代數(shù)和表示：tanδm= tanδh+tanδf+tanδr。式中tanδh tanδf tanδr分別為：磁滯損耗角正切，渦流損耗角正切，剩余損耗角正切。各種損耗隨頻率的變化關(guān)系如圖。

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