電感的損耗有哪些

最近在整理電感的相關(guān)知識(shí)，說實(shí)話，對(duì)于電感這類非常基礎(chǔ)的東西，也并沒有掌握得很好，因?yàn)槲矣譁毓识铝?。這個(gè)新，就是電感的損耗了，我們?cè)诠ぷ髦谢蚨嗷蛏俣紩?huì)遇到電感發(fā)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(duì)我們構(gòu)建知識(shí)體系有幫助。

電感的損耗主要有以下兩種：

線圈損耗：DCR，ACR

磁芯損耗：磁滯損耗，渦流損耗，剩余損耗

線圈損耗

DCR，一般認(rèn)為是電感線圈的直流電阻，這個(gè)參數(shù)一般在廠家給出的電感規(guī)格書中都有。DCR這個(gè)比較容易理解，線圈的線總長(zhǎng)越長(zhǎng)，電阻越大，線圈越細(xì)，電阻也越大。

所以，一般來說，電感量越大，DCR越大，因?yàn)樾枰木€圈越長(zhǎng)。過流能力大的電感，線圈線徑越粗，所以DCR會(huì)小一些，但是體積會(huì)更大。

ACR，可稱之為交流電阻。我們?cè)趯?shí)際的DCDC開關(guān)電源中，電感的電流并不是恒定的，而是周期性變化的。可以理解為可一個(gè)直流電流上面疊加一個(gè)交流電流，之所以要分開，那是因?yàn)?，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(gè)ACR是怎么來的呢？

電流在導(dǎo)線中，由于集膚效應(yīng)，導(dǎo)體內(nèi)部電流分布不均勻，集中在導(dǎo)線的表面，造成等效的導(dǎo)線截面積降低，進(jìn)而使導(dǎo)線的等效電阻隨頻率提高。那么這個(gè)集膚效應(yīng)有多明顯呢？或者說這個(gè)ACR影響大嗎？下面舉個(gè)例子：

下圖為繞線式 SMD電感NR4018T220M 的交流電阻與頻率關(guān)系圖。在頻率為1kHz時(shí)，電阻約為 360mΩ；到了100kHz，電阻上升到 775mΩ；在10MHz時(shí)電阻值接近160Ω。在估算銅損時(shí)，其計(jì)算須考慮集膚與鄰近效應(yīng)造成的ACR?？倱p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(hào)，是為了更準(zhǔn)確的表達(dá)。用到的思想是把交流電流進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)展開為各個(gè)頻率分量，分別計(jì)算各個(gè)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(gòu)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(chǎng)的作用下，材料中的一部分與外磁場(chǎng)方向相差不大的磁疇發(fā)生了‘彈性’轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是說當(dāng)外磁場(chǎng)去掉時(shí)，磁疇仍能恢復(fù)原來的方向；而另一部分磁疇要克服磁疇壁的摩擦發(fā)生剛性轉(zhuǎn)動(dòng)，即當(dāng)外磁場(chǎng)去除時(shí)，磁疇仍保持磁化方向。因此磁化時(shí)，送到磁場(chǎng)的能量包含兩部分：前者轉(zhuǎn)為勢(shì)能，即去掉外磁化電流時(shí)，磁場(chǎng)能量可以返回電路；而后者變?yōu)榭朔Σ潦勾判景l(fā)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(zhuǎn)動(dòng)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(jù)電磁感應(yīng)定律，通電線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)B，如果電流是交變的，那么產(chǎn)生的磁場(chǎng)B也是變化的。變化的磁場(chǎng)在磁芯上面產(chǎn)生電場(chǎng)e，并且這個(gè)電場(chǎng)是環(huán)形電場(chǎng)。因?yàn)榇判静牧系碾娮杪室话悴皇菬o限大的，會(huì)有一定的電阻值，那么感生出的環(huán)形電場(chǎng)會(huì)使磁芯中形成環(huán)形電流。電流流過電阻，就會(huì)發(fā)熱，產(chǎn)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?yàn)榇判驹诖呕^程中，磁化狀態(tài)并不是隨磁化強(qiáng)度的變化立即變化到它的最終狀態(tài)，而是需要一個(gè)過程，需要一定的時(shí)間，這便是引起剩余損耗的原因。

以上就是本文的主要內(nèi)容，全面介紹了電感的損耗來源。不過我并沒有對(duì)比各種損耗的大小。這是因?yàn)閾p耗跟電感的磁芯材料直接相關(guān)，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(gè)大類，細(xì)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(jì)只有廠家才能全面了解吧。

審核編輯：何安