电感的损耗有哪些？

1889813 2021-03-06 | pdf | 299.69KB | 次下载 | 3积分

资料介绍

最近在整理电感的相关知识，说实话，对于电感这类非常基础的东西，也并没有掌握得很好，因为我又温故而知新了。这个新，就是电感的损耗了，我们在工作中或多或少都会遇到电感发烫的问题，那下面就来具体的说一说电感的损耗有哪些，希望能对我们构建知识体系有帮助。

电感的损耗主要有以下两种：

线圈损耗：DCR，ACR

磁芯损耗：磁滞损耗，涡流损耗，剩余损耗

线圈损耗

DCR，一般认为是电感线圈的直流电阻，这个参数一般在厂家给出的电感规格书中都有。DCR这个比较容易理解，线圈的线总长越长，电阻越大，线圈越细，电阻也越大。

所以，一般来说，电感量越大，DCR越大，因为需要的线圈越长。过流能力大的电感，线圈线径越粗，所以DCR会小一些，但是体积会更大。

ACR，可称之为交流电阻。我们在实际的DCDC开关电源中，电感的电流并不是恒定的，而是周期性变化的。可以理解为可一个直流电流上面叠加一个交流电流，之所以要分开，那是因为，两种电流所感受到的电阻不同。直流电流分量感受到的电阻为DCR，交流电流分量感受到的电阻要大于DCR，我们称之为ACR，需要注意，我这里说的是交流电阻，不是阻抗，就是不包含电感的感抗。

那这个ACR是怎么来的呢？

电流在导线中，由于集肤效应，导体内部电流分布不均匀，集中在导线的表面，造成等效的导线截面积降低，进而使导线的等效电阻随频率提高。那么这个集肤效应有多明显呢？或者说这个ACR影响大吗？下面举个例子：

下图为绕线式 SMD电感NR4018T220M 的交流电阻与频率关系图。在频率为1kHz时，电阻约为 360mΩ；到了100kHz，电阻上升到 775mΩ；在10MHz时电阻值接近160Ω。在估算铜损时，其计算须考虑集肤与邻近效应造成的ACR。总损耗P为：

其中I_AC为该频率下的有效值RMS电流，R_AC为该频率下的交流电阻。

之所以用到累加符号，是为了更准确的表达。用到的思想是把交流电流进行傅里叶级数展开为各个频率分量，分别计算各个频率分量的功耗，累加起来就是总的交流损耗。

磁芯损耗

磁芯损耗主要由三种构成，磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。

磁滞损耗如何理解呢？

磁芯在外磁场的作用下，材料中的一部分与外磁场方向相差不大的磁畴发生了‘弹性’转动，这就是说当外磁场去掉时，磁畴仍能恢复原来的方向；而另一部分磁畴要克服磁畴壁的摩擦发生刚性转动，即当外磁场去除时，磁畴仍保持磁化方向。因此磁化时，送到磁场的能量包含两部分：前者转为势能，即去掉外磁化电流时，磁场能量可以返回电路；而后者变为克服摩擦使磁芯发热消耗掉，这就是磁滞损耗。

上图为典型的磁滞曲线，从前面磁滞损耗的理解来看。剩磁Br越小，那么磁畴的刚性转动越少，损耗就越小。或者说磁滞损耗正比于磁滞回线包围的面积。

再来看一看涡流损耗

如下图，根据电磁感应定律，通电线圈产生磁场B，如果电流是交变的，那么产生的磁场B也是变化的。变化的磁场在磁芯上面产生电场e，并且这个电场是环形电场。因为磁芯材料的电阻率一般不是无限大的，会有一定的电阻值，那么感生出的环形电场会使磁芯中形成环形电流。电流流过电阻，就会发热，产生损耗，这就是涡流损耗。

最后看一看剩余损耗

剩余损耗的来源，是因为磁芯在磁化过程中，磁化状态并不是随磁化强度的变化立即变化到它的最终状态，而是需要一个过程，需要一定的时间，这便是引起剩余损耗的原因。

以上就是本文的主要内容，全面介绍了电感的损耗来源。不过我并没有对比各种损耗的大小。这是因为损耗跟电感的磁芯材料直接相关，而磁芯有非常多的种类，特性各不相同。即使是我们常说的铁氧体，那也是一个大类，细分有很多种，还有粉末铁芯亦是有非常多的种类。各种磁芯的特性，我也是不清楚的，估计只有厂家才能全面了解吧。