磁路电感计算与磁芯损耗分析

本文主要探讨了磁路电感计算及其在开关电源中磁性元器件的应用，特别是关于电感计算方法、杂散磁通的影响以及如何通过调整气隙来优化电感性能。同时，提到了如何减少由散磁引起的损耗，并介绍了磁芯的最佳利用策略。 在磁学领域，电感的计算对于变压器和电感器的设计至关重要。文章指出，不同的磁路结构会影响电感的计算，尤其是在存在气隙的情况下，杂散磁通的计算变得复杂。尽管第三章介绍了一些计算方法，但实际操作中仍然存在困难。然而，如果将线圈置于气隙芯柱上，可以显著降低杂散磁通，从而减少对周围电路的电磁干扰。 对于E型磁芯（如EE、EC、ETD、RM等），可以通过在中柱设置气隙，而边柱保持无气隙，以达到类似的效果。在气隙尺寸相对较小（与端面尺寸比小于1/20）时，可以近似使用特定公式（如3-12）计算电感；若气隙较大，则需考虑边缘磁通，应用更复杂的公式（3-22）至（3-23）。设计过程中，必须注意防止磁芯过早饱和，这可能导致磁通密度增大。因此，在确定气隙长度和匝数后，应进行磁通密度校核并用样品电感进行验证。 在处理电感值过高或过低的问题时，不应简单地增减匝数。电感值过高可通过增加气隙来降低，而电感值过低则可通过减小气隙来提高。不过，这样的调整会直接影响磁芯利用率和线圈损耗。 此外，散磁通会导致损耗，这与磁芯的磁感应强度(B)和磁通(φ)的变化有关。为了优化磁芯利用，应避免大外磁场导致的磁通分布不均，如图8-8和8-9所示。在小外磁场下，散磁通影响较小，能更好地利用磁芯。 在开关电源中，磁性元器件如电感和变压器的作用尤为关键。自感和互感的概念是理解其工作原理的基础。自感是指线圈自身的电感效应，而互感则是两个或多个线圈之间相互影响产生的电感。变压器则利用互感原理实现电压的升高或降低，其性能取决于空载和负载条件下的磁通和电流分布。 理解和控制磁路中的电感及散磁通是设计高效、低损耗磁性元件的关键，这对于开关电源的稳定性和效率至关重要。设计者需要根据具体应用选择合适的磁芯材料、形状和气隙大小，以达到最佳的磁性能。