看版主講解電源效率的磁性元件損耗

電源中的磁性元件一般就是指電感與變壓器，這里我們這種討論初次級隔離的變壓器，因為這種變壓器在開(kāi)關(guān)電源中應用最為廣泛。

變壓器的作用大致是提供初次級的電氣隔離，使輸出電壓或升或降，傳送能量；變壓器設計的好壞直接關(guān)系到整個(gè)電源系統的安規，EMC，效率，溫升，輸出的電氣性能參數，壽命，可靠性，甚至會(huì )導致系統的崩潰。

升壓變壓器的難點(diǎn)，樓上已經(jīng)指出來(lái)了，因為繞組的圈數太多，漏感與分布電容很難兩全其美;這個(gè)時(shí)候我覺(jué)得應該從以下幾個(gè)方面著(zhù)手：

1、在選擇變壓器的時(shí)候，如果結構尺寸允許的話(huà)，我們盡量選擇高長(cháng)型(立式)或窄長(cháng)(臥式)型的，因為這種變壓器單層繞線(xiàn)圈數多，可以有效降低繞線(xiàn)的層數，增加初次級的耦合，減小層間電容。

2、優(yōu)化繞線(xiàn)順序，使初次級能增減耦合面積；曾經(jīng)用過(guò)這種繞法：1/3次級--1/2初級--1/3次級--1/2初級--1/3次級，結果表明此種繞法漏感可以小很多。

當然這種變壓器繞制工藝稍顯復雜，成本稍高，但還是可以接受。

3、層間電容大家都知道，每層之間加黃膠帶，便可減少層間電容。

當然這些措施都是在考慮安規與EMC的情況下，做出的改進(jìn)；對于升壓電源，漏感與層間電容如果處理不好很容易引起振蕩，使電源的EMC不好過(guò)，效率不高，有時(shí)會(huì )莫名其妙的炸MOS管(我實(shí)際碰到過(guò)的情況)。

我們知道變壓器的損耗分為鐵損與銅損，先來(lái)說(shuō)說(shuō)鐵損吧。

變壓器的鐵損包括三個(gè)方面：

一是磁滯損耗，當交流電流通過(guò)變壓器時(shí)，通過(guò)變壓器磁芯的磁力線(xiàn)其方向和大小隨之變化，使得磁芯內部分子相互摩擦，放出熱能，從而損耗了一部分電能，這便是磁滯損耗。

二是渦流損耗，當變壓器工作時(shí)。磁芯中有磁力線(xiàn)穿過(guò)，在與磁力線(xiàn)垂直的平面上就會(huì )產(chǎn)生感應電流，由于此電流自成閉合回路形成環(huán)流，且成旋渦狀，故稱(chēng)為渦流。渦流的存在使磁芯發(fā)熱，消耗能量，這種損耗稱(chēng)為渦流損耗。

三是剩余損耗，在磁芯磁化或反磁化的過(guò)程中，磁化狀態(tài)并不是隨磁化強度變化而立即變化，有個(gè)滯后時(shí)間，滯后效應便是引起剩余損耗的原因。

從鐵損包含的三個(gè)個(gè)方面的定義上看，只要控制磁力線(xiàn)的大小便可降低磁滯損耗，減少磁芯與磁力線(xiàn)垂直的面積可以減少渦流損耗。

趙老師在《開(kāi)關(guān)電源中磁性元器件》一書(shū)中指出：

由上面的話(huà)可以看出，在磁芯材質(zhì)與形狀，體積等都確定的情況下，變壓器的鐵損與變壓器的工作頻率以及磁感應強度擺幅deltB成正比。磁滯在低場(chǎng)下可以不予考慮，渦流在低頻下也可忽略，剩下的就是剩余損耗。在磁感應強度較高或工作頻率較高時(shí)，各種損耗互相影響難于分開(kāi)。故在涉及磁損耗大小時(shí)，應注明工作頻率f以及對應的Bm值。但在低頻弱場(chǎng)下，可用三者的代數和表示：tanδm= tanδh+tanδf+tanδr。式中tanδh tanδf tanδr分別為：磁滯損耗角正切，渦流損耗角正切，剩余損耗角正切。各種損耗隨頻率的變化關(guān)系如圖。

由圖可見(jiàn)，剩余損耗和B的大小無(wú)關(guān)，但隨頻率增大而增大。而磁滯損耗隨B的增加增大，渦流損耗則和頻率成線(xiàn)性變化。了解了這些就可知：在正激和橋式電源中，磁芯損耗著(zhù)重考慮渦流損耗。在反激變壓器和儲能電感中，既要考慮渦流損耗又要考慮磁滯損耗，尤其是DCM方式工作的電源，磁滯損耗是第一位的。所以可以確定，做電源時(shí)第一點(diǎn)就是根據電源的工作頻率選取相應的磁芯材料。

下面我們開(kāi)始來(lái)討論下變壓器的銅損：

變壓器的銅損即變壓器繞組的損耗，包含直流損耗與交流損耗。

直流損耗主要是因為繞變壓器的銅漆包線(xiàn)，對通過(guò)它的電流有一定的阻抗(Rdc)而引起的損耗。此電流指的是各個(gè)繞組電流波形的有效值。直流損耗跟電流大小的平方成正比。

相對來(lái)說(shuō)，交流損耗就復雜得多，包含繞組的趨膚效應，臨近效應引起的損耗，同樣還包括各次諧波引起的損耗。