最近在整理電感的相關知識,說實話,對于電感這類非?;A的東西,也并沒有掌握得很好,因為我又溫故而知新了。這個新,就是電感的損耗了,我們在工作中或多或少都會遇到電感發燙的問題,那下面就來具體的說一說電感的損耗有哪些,希望能對我們構建知識體系有幫助。
電感的損耗主要有以下兩種:
磁芯損耗:磁滯損耗,渦流損耗,剩余損耗
線圈損耗
DCR,一般認為是電感線圈的直流電阻,這個參數一般在廠家給出的電感規格書中都有。DCR這個比較容易理解,線圈的線總長越長,電阻越大,線圈越細,電阻也越大。
所以,一般來說,電感量越大,DCR越大,因為需要的線圈越長。過流能力大的電感,線圈線徑越粗,所以DCR會小一些,但是體積會更大。
ACR,可稱之為交流電阻。我們在實際的DCDC開關電源中,電感的電流并不是恒定的,而是周期性變化的??梢岳斫鉃榭梢粋€直流電流上面疊加一個交流電流,之所以要分開,那是因為,兩種電流所感受到的電阻不同。直流電流分量感受到的電阻為DCR,交流電流分量感受到的電阻要大于DCR,我們稱之為ACR,需要注意,我這里說的是交流電阻,不是阻抗,就是不包含電感的感抗。
那這個ACR是怎么來的呢?
電流在導線中,由于集膚效應,導體內部電流分布不均勻,集中在導線的表面,造成等效的導線截面積降低,進而使導線的等效電阻隨頻率提高。那么這個集膚效應有多明顯呢?或者說這個ACR影響大嗎?下面舉個例子:
下圖為繞線式 SMD電感NR4018T220M 的交流電阻與頻率關系圖。在頻率為1kHz時,電阻約為 360mΩ;到了100kHz,電阻上升到 775mΩ;在10MHz時電阻值接近160Ω。在估算銅損時,其計算須考慮集膚與鄰近效應造成的ACR。總損耗P為:
其中IAC為該頻率下的有效值RMS電流,RAC為該頻率下的交流電阻。
之所以用到累加符號,是為了更準確的表達。用到的思想是把交流電流進行傅里葉級數展開為各個頻率分量,分別計算各個頻率分量的功耗,累加起來就是總的交流損耗。
磁芯損耗
磁芯損耗主要由三種構成,磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗。
磁滯損耗如何理解呢?
磁芯在外磁場的作用下,材料中的一部分與外磁場方向相差不大的磁疇發生了‘彈性’轉動,這就是說當外磁場去掉時,磁疇仍能恢復原來的方向;而另一部分磁疇要克服磁疇壁的摩擦發生剛性轉動,即當外磁場去除時,磁疇仍保持磁化方向。因此磁化時,送到磁場的能量包含兩部分:前者轉為勢能,即去掉外磁化電流時,磁場能量可以返回電路;而后者變為克服摩擦使磁芯發熱消耗掉,這就是磁滯損耗。
上圖為典型的磁滯曲線,從前面磁滯損耗的理解來看。剩磁Br越小,那么磁疇的剛性轉動越少,損耗就越小。或者說磁滯損耗正比于磁滯回線包圍的面積。
再來看一看渦流損耗
如下圖,根據電磁感應定律,通電線圈產生磁場B,如果電流是交變的,那么產生的磁場B也是變化的。變化的磁場在磁芯上面產生電場e,并且這個電場是環形電場。因為磁芯材料的電阻率一般不是無限大的,會有一定的電阻值,那么感生出的環形電場會使磁芯中形成環形電流。電流流過電阻,就會發熱,產生損耗,這就是渦流損耗。
最后看一看剩余損耗
剩余損耗的來源,是因為磁芯在磁化過程中,磁化狀態并不是隨磁化強度的變化立即變化到它的最終狀態,而是需要一個過程,需要一定的時間,這便是引起剩余損耗的原因。
以上就是本文的主要內容,全面介紹了電感的損耗來源。不過我并沒有對比各種損耗的大小。這是因為損耗跟電感的磁芯材料直接相關,而磁芯有非常多的種類,特性各不相同。即使是我們常說的鐵氧體,那也是一個大類,細分有很多種,還有粉末鐵芯亦是有非常多的種類。各種磁芯的特性,我也是不清楚的,估計只有廠家才能全面了解吧。
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原文標題:電感的損耗有哪些
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