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降低電感磁芯損耗的解決方案

作者: 時間:2010-08-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  您是否有過為降壓穩(wěn)壓器充電、進行滿功率測試,隨后在進行指端溫度測試時留下了永久(燙傷)印記的經(jīng)歷呢?或許過高的磁芯和交流繞組就是罪魁禍?zhǔn)?。?100-kHz 開關(guān)頻率下,一般不會出現(xiàn)任何問題,這是因為磁芯約占總損耗的 5% 到 10%。因此,相應(yīng)的溫升才是問題所在。一般而言,選擇時,只需計算出最大負載電流,通過容許 20% 紋波電流來建立電感。由于磁芯損耗微不足道,因此會出現(xiàn)類似于產(chǎn)品說明書中所示的溫升。然而,隨著開關(guān)頻率上升至 500 kHz 以上,磁芯損耗和繞組交流損耗可以極大地減少電感中的容許直流電流。使用 20% 紋波電流來計算電感,可帶來相同的磁芯材料通量激增,其與頻率無關(guān)。磁芯損耗方程式的一般形式為:

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/180559.htm

  Pcore = K × F1.3。因此,如果頻率 (F) 從 100 kHz 升至 500 kHz,則磁芯損耗便為原來的 8 倍。圖 1 顯示了這種上升情況,還描述了隨磁芯損耗上升而下降的容許銅線損耗。100 KHz時,大多數(shù)損耗存在于銅線中,同時利用全直流額定電流是可能的。更高頻率時,磁芯損耗變大。由于總?cè)菰S損耗由磁芯損耗與銅線損耗之和決定,因此銅線損耗必須在磁芯損耗上升時。這種情況一直持續(xù)到各損耗均相等。最佳情況是,在高頻率下?lián)p耗穩(wěn)定保持相等,并允許從磁結(jié)構(gòu)獲得最大輸出電流。

1 0.5 MHz以上,磁芯損耗大大了有效傳導(dǎo)損耗。圖 1 和圖 2 均基于固定磁芯體積和繞組面積,僅匝數(shù)可變。圖 2 顯示了圖 1 所示磁芯損耗的電感和容許直流電流。1.3 MHz以下時,電感與開關(guān)頻率成反比關(guān)系。電感在1.3 MHz 附近達到最小值。該頻率以上,則必須升高電感來限制磁芯通量,從而將磁芯損耗控制在總損耗的 50%。該電感的額定電流也同時被計算出來。低頻率時,磁芯損耗并不大,額定電流由繞組的功率損耗決定。下列方程式中,匝數(shù)與頻率平方根的倒數(shù)成正比,因此頻率升高 2 倍(電感一半)得到 0.707 匝數(shù)。L = μ × A × N2/lm 這種情況會以兩種方式影響繞組電阻。匝數(shù)減少 30%,而每一匝的可用面積卻增加了41%。由于繞組電阻與匝數(shù)/匝面積相關(guān),因此電阻隨頻率上升而線性下降,例如:在本例中電阻下降 2 倍。較高頻率時,磁芯損耗開始限制容許銅線損耗,直到達到它們相等的點為止。在這一點上,通過增加更多匝數(shù)以及升高繞組電阻,使電感上升來降低通量。這樣,電感額定電流減少。因此,從電感尺寸角度來說獲得了最佳頻率。

圖2 磁芯損耗限制峰值功率

  總之,增加開關(guān)頻率會縮小磁芯尺寸的看法是正確的,但僅限于磁芯損耗和交流 繞組損耗等于銅線損耗的點上。過了這個點,磁芯尺寸實際上會增加。另外,設(shè)計人員需要注意的是,在有許多高開關(guān)頻率產(chǎn)品可供選擇的今天,一些相應(yīng)的應(yīng)用手冊中并沒有清楚地注明過高磁芯損耗存在的一些潛在問題。



關(guān)鍵詞: 解決方案 損耗 電感 降低

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