電感功率損耗計算

2022.10.14 技術文章 Articles

電感功率損耗計算 Inductor power loss calculation-高創科技

 

UPS中主要功耗元件如晶體管、電感及變壓器的損耗計算在客戶應用上一直是一個難題。為了提高設計的準確性,有必要對元件的功耗提供一個經過驗證的規範性計算方法。

隨著對電源效率要求的不斷提高,改善電感效率的要求也迅速提升,這是電源輸出電流增大的結果。同時,業界正在做進一步的努力來減少電源散熱量,它對整體電源效率有直接的影響。減少熱的產生對於筆記型&桌電/伺服器電腦用戶來說尤其重要。電感損耗主要由磁芯損耗和線圈損耗組成,磁芯損耗包含磁滯損耗和渦流損耗。對於粉芯類磁芯,由於磁材料間絕緣阻抗很大,渦流損耗幾乎可以忽略。




1.電感功率損耗計算

電感的功率損耗由基本公式來確定 :
 

電感的功率損耗由基本公式

下面對該公式的每一個量進行說明。


 

  • 1.1 Pcore
    計算的總和或測量的鐵芯損耗通常由電感供應商直接提供。或者可以用公式來計算鐵芯損耗。因受測試頻率的影響,測量鐵芯損耗和取得重複性結果是一項繁瑣的作業。
 
  • 鐵氧體磁芯的鐵芯損耗運算通式 :

鐵氧體磁芯的鐵芯損耗運算通式
​​​​​其中:
K1 = 磁芯材料常數
f = 頻率 kHz
B = 峰值磁通密度 k Gauss
x = 頻率指數
y = 磁通密度指數
Ve = 磁芯有效體積 (cm3)


可通過輸入每種磁芯材料唯一確定的K1係數以及頻率和磁通密度指數來計算鐵芯損耗。  


 
  • 1.2 Pdcr
    由直流電阻引起的線圈損耗比較容易計算。它由這個基本公式來確定(不考慮電流紋波對銅損的影響),其計算公式如下:

其中:
Length 為繞線長度,S 為繞線半徑,ρ 為銅導線的電阻率,20攝氏度 ρ =1.678Ώ / m。
通常電感工作時其溫度都大於 20℃,因此對電感的電阻要做修正。
電感銅損的公式


 
公式中,α 為溫度係數, α=0.00393 / ℃ , ∆t 為期望的溫升。
所以電感銅損的公式需修正為:



 


 
  • 1.3 Pacr
    由交流電阻引起的線圈損耗比較難計算,因為線圈的交流阻抗值並不是總能從電磁供應商處獲取。
    Pacr由以下公式確定:
  • 其中:
    Irms = 電感峰值-峰值紋波電流的均方根值
    ACR = 電感的交流電阻
    電感供應商通常能夠提供其大多數產品的電感功率損耗資訊。
    為了能讓使用電感的工程師加快設計過程,【高創】創建了一個估算電感磁芯和線圈損耗的計算器。
    計算器是基於公式: 

 

此應用文件介紹了用於確定電感功率損耗的基本公式。同時它還提到,要減少熱的產生,從而提高整體效率,就有必要瞭解電感功率損耗是如何產生的。


 


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