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深圳市瑞申電子有限公司

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功率電感:低功耗電源的電感選擇(二)

時間:2014-11-24 17:23:59 點(diǎn)擊:
     大部分磁芯由粉狀磁性材料和陶瓷等粘合材料構(gòu)成。一個未使用過的磁芯可以簡單地想象成由一層薄薄的粘合材料包裹、彼此獨(dú)立、具有隨機(jī)方向性的大量磁針。由于目前還沒有能夠很好解釋磁芯損耗的統(tǒng)一模型,所以采用上述這個經(jīng)驗?zāi)P徒忉尨判緭p耗,在本文最后的參考文獻(xiàn)中有更深入的磁芯模型,供讀者參考。

  磁性方向近似的鄰近磁針會互相影響,從而形成“聯(lián)盟”。雖然這些磁針由粘合材料包裹,物理上彼此獨(dú)立,但它們之間的磁場是相互關(guān)聯(lián)的。我們稱這些“聯(lián)盟”為“單元”。而單元的邊界就是內(nèi)部“聯(lián)盟”與外部磁針的分割面。在單元的邊界外的磁針比較難與邊界內(nèi)的“聯(lián)盟”聯(lián)合。我們稱這些邊界為“單元壁”,這個模型常用來解釋磁芯的許多基本參數(shù)。

  在對磁芯施加磁場插件電感器制作時(對線圈施加電流),方向不同的單元相互之間相關(guān)聯(lián)。當(dāng)足夠強(qiáng)的電流形成外加磁場時,那些靠近功率電感線圈的單元所處的磁場更強(qiáng),會首先形成聯(lián)合(更大的單元)。而此時處在深一層的單元還未受到磁場的影響。聯(lián)合起來的單元與未受到影響的單元之間的單元壁會在磁場的作用下,持續(xù)向磁芯中心移動。如果線圈中的電流不撤銷或翻轉(zhuǎn)的話,整個磁芯都將會聯(lián)合在一起。整個磁芯的磁針聯(lián)合在一起,我們稱為“飽和”。電感制造商給出的B-H磁滯回線正表示磁芯從被磁化的初始階段到飽和階段的過程。如果將電流減弱,那么單元就會向自由的初始態(tài)轉(zhuǎn)變,但是有些單元會繼續(xù)保持聯(lián)合的狀態(tài)。這種不完全的轉(zhuǎn)化就是剩磁(可以在磁滯回線中看出)。這種剩磁現(xiàn)象就會在下一次單元結(jié)合時體現(xiàn)為應(yīng)力,導(dǎo)致磁芯損耗。

  每個周期內(nèi)的磁滯損耗為:

  WH=mH×dI

  式中積分為磁滯回線中的包羅面積,磁芯從初始電感量到峰值電感量,再回到初始電感量的整個過程。而在開關(guān)頻率為F時的能量損耗為:

  PH = F×mH×dI

  計算這些交流損耗看起來似乎容易。但是在高頻、中等通流密度下,情況將異常復(fù)雜。每個電路都存在一些對磁芯損耗有影響的參數(shù),而這些參數(shù)一般都很難量化。比如:離散電容、pcb布局、驅(qū)動電壓、脈沖寬度、負(fù)載狀態(tài)、輸入輸出電壓等。不幸的是,磁芯損耗受這些參數(shù)影響很嚴(yán)重。

  每個磁芯材料都有能導(dǎo)致?lián)p耗的非線性電導(dǎo)率。正是這個電導(dǎo)率,會由于外加磁場而在磁芯內(nèi)部誘發(fā)會產(chǎn)生損耗 “渦電流”。在恒定磁通量下,磁芯損耗大致與頻率n次方成正比。其一體成型電貼片電感器生產(chǎn)廠感制造商中指數(shù)n會隨磁芯材料以及制造工藝不同而不同。通常的電感制造商會通過磁芯損耗曲線擬合出經(jīng)驗的近似公式。


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