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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 點擊:
     大部分磁芯由粉狀磁性材料和陶瓷等粘合材料構成。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、彼此獨立、具有隨機方向性的大量磁針。由于目前還沒有能夠很好解釋磁芯損耗的統一模型,所以采用上述這個經驗模型解釋磁芯損耗,在本文最后的參考文獻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“聯盟”。雖然這些磁針由粘合材料包裹,物理上彼此獨立,但它們之間的磁場是相互關聯的。我們稱這些“聯盟”為“單元”。而單元的邊界就是內部“聯盟”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的“聯盟”聯合。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。

  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聯。當足夠強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,會首先形成聯合(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,持續向磁芯中心移動。如果線圈中的電流不撤銷或翻轉的話,整個磁芯都將會聯合在一起。整個磁芯的磁針聯合在一起,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轉變,但是有些單元會繼續保持聯合的狀態。這種不完全的轉化就是剩磁(可以在磁滯回線中看出)。這種剩磁現象就會在下一次單元結合時體現為應力,導致磁芯損耗。

  每個周期內的磁滯損耗為:

  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,情況將異常復雜。每個電路都存在一些對磁芯損耗有影響的參數,而這些參數一般都很難量化。比如:離散電容、pcb布局、驅動電壓、脈沖寬度、負載狀態、輸入輸出電壓等。不幸的是,磁芯損耗受這些參數影響很嚴重。

  每個磁芯材料都有能導致損耗的非線性電導率。正是這個電導率,會由于外加磁場而在磁芯內部誘發會產生損耗 “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廠感制造商中指數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驗的近似公式。


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