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损耗(Loss)
当电流通过电感的时候,会产生一定的损耗。电感的损耗主要有线圈损耗(WindingLoss)和磁芯损耗(CoreLoss)
线圈损耗(WindingLoss)是由直流损耗(DCWindingLoss)和交流损耗(ACWindingLoss)组成。直流线圈损耗很好理解,任何电流通过导线,由于电阻率的存在都会产生损耗,去导线长度成正比,导线截面积成反比。线圈的交流损耗(ACWindingLoss)主要是由于导线的集肤效应(skineffect)导致的等效导通面积减小而造成的损耗。交流电在导线中通过时,由于导线内部涡旋电场,电子的流动会趋向去表面。也就是说,频率越高,电流越趋向于导线表面的一层皮肤,有效导电的减小而增加损耗。
磁芯损耗主要有涡流损耗和磁滞损耗组成。涡流损耗是由于,在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时,导磁体内的感生的电流导致的能量损耗,叫做涡流损耗。现在的很多磁芯通过不同结构来增加磁体健电阻率的方式来降低涡流损耗。
磁滞损耗是磁芯更重要的一个高频损耗。如前面的B-HCurve显示的那样,磁化强度滞后于磁场强度,它的磁通密度B与磁场强度H之间呈现磁滞回线关系。经一次电流文波循环,每单位体积铁芯中的磁滞损耗正比于磁滞回线的面积。也就是说,当电流纹波(CurrentRipple)越大的时候,磁滞回线的面积也就越大。不同的磁芯所拥有的BHCurve不一样。磁滞损耗一般与纹波电流成平方正比,与频率成一次正比关系。
散热(Thermal)/温升(TempRise)
当线圈和磁芯产生热量的时候,需要有一定的散热方式将能量释放出来,否则会导致过度发热而引起烧坏电感,或引起火灾。所以散热和温升的设计是电感稳定性的重要保证。
散热方式主要有自然冷却,风扇冷却,和液态冷却三种方式。自然冷却是利用空气中的自然对流来进行热交换。
风扇冷却使用风扇使相对冷的空气以一定速率吹过电感,把热量带出。由于电感的热量存在于线圈和磁芯的各个角落,所以电感的结构对风扇冷却的效率影响很大。特别是当磁芯或者内层线圈被包在里面时候,怎样让冷风到达发热部分带走热量损耗是散热设计的重点。
液冷的方式主要是在线圈和磁芯中通入一定的经过隔离的液体的方式来散热。由于液体的比热要远远高于空气,这个液冷的方式的散热效率要远远好于哪个是风冷,当然成本也更高。所以液冷一般应用于大功率和高功率密度的电感中。
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