什麼是銅損? 什麼是集膚效應? Isat飽和電流與Irms溫升電流的區別
2023.1.30
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一、磁性元件的損耗
磁性元件的損耗主要為鐵損與銅損兩種，磁性元件銅損、鐵損與負載的關係如圖1所示。
鐵損為固定損耗，主要為渦流損與磁滯損，是變壓器磁路中必定會產生的損失;而鐵損與電壓的平方成正比，但變壓器的工作電壓變化不大，不會隨負載變動而變動，損耗功率固定，所以鐵損是一種固定損耗。
銅損為變動損耗，如銅損公式，銅損會隨電流與負載得時間而變化，銅損與電流和負載的平方成正比。
銅損為變動損耗，如銅損公式，銅損會隨電流與負載得時間而變化，銅損與電流和負載的平方成正比。
• I是流經導線的電流，單位安培
• R是導線的電阻，單位歐姆
• 計算所得的銅損單位為瓦特
二、什麼是銅損
磁性元件的主要組成為銅線與鐵芯，銅線存在著電阻; 而銅線的截面積越大，電阻值越小，能允許流過的電流也會越大，而銅線的距離越長，電阻值越大，損耗也會越大;因此電流流過電阻時產生的損耗會轉換成熱能，這種損耗稱為"銅損"。而銅損主要決定於負載電流的大小及工作頻率，若是高頻的電流，銅損會受到鄰近效應及集膚效應影響，因此銅損的大小實際上是由負載的大小與功率因數及工作頻率來決定。
三、Isat與Irms的區別?
• 飽和電流 Isat：依電感值的變化率的額定電流，稱爲飽和電流，飽和電流是以電感值的下降程度爲指標的額定電流，當額電電流的感值超出範圍時，可能會由於紋波電流增加而導致IC控制不穩，一般飽和電流取電感值下降20-30%，可使用直流疊加，判別感值對飽和電流的衰減狀況。
• 溫升電流 Irms：
指磁性元件產品的應用，額定電流對溫度的變化，稱為溫升電流，當對磁性元件直流疊加時，表面溫度達到一定的溫度上升至 20、40或60度的電流，會因設計環境的考量不同而有不同的溫升定義。
Isat 和 Irms業界並無統一標準， 設計端可參考Isat與Irms的參數來判別零件的是否滿足設計的需求。
四、什麼是集膚效應?
集膚效應也稱為趨膚效應。 當銅線導體有交流或交變電磁場時，銅線導體電流分佈不均勻，使電流集中在銅線導體的表面皮膚，產生導體表面電流密度大，而銅線導體中心的電流小的現象，這種現像使導體的電阻與損耗功率也增加，這一現象稱為集膚效應 ; 而電流的頻率越高，集膚效應的現象越顯著，因此高頻應用(20KHz以上)，宜選擇截面積較小得多股繳線來提升銅線導體的使用效率來解決集膚效應的問題，如36股多股線與單芯線的集膚效應示意圖。
集膚深度的簡化計算式 ：
Skin Depth δ = 503 * sqrt (ρ / f μr)
• ρ導體的電阻率 (Ω-m)
• μr導體的相對磁導率
• f 是頻率，單位是 Hz
• sqrt( ) 代表開平方根
# 將銀、銅、金、鋁、鋅、錫、鉛導磁率取概數設定為1.0
五、電流密度
在導線截面積上電流分布的量稱為電流密度，單位是A/m²，密度越高表是電流越強。電流密度 J = I / S , 即為 I = J S
電流密度等於電流除以導線截面積，即電流等於電流密度與導線截面積的乘積。因此導線截面積與電流成正比，導線截面積越大電流越大。
不同的材料的電流密度取值不同，例如銅導線的電流密度可以取得比鋁導線高些。同時導線的截面積越大時，受散熱因素與集膚效應影響，電流密度的取值也要越小。
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