高频开关变换器中磁芯损耗分析与计算

"本文主要研究了高频变压器在不同占空比条件下的磁芯损耗问题，尤其是在高频矩形波激励下的损耗特性。文章指出，磁滞损耗在不同占空比下基本保持不变，而涡流损耗则与激励电压成近似线性关系。通过理论计算和实验验证，发现在0.283 < D < 0.717的占空比范围内，矩形波激励的磁芯损耗低于正弦波，且占空比为0.5时损耗最低。文章还探讨了不同损耗模型的分析方法，包括经典的Steinmetz方程、傅里叶分解和磁芯损耗分离法，强调了建立简单而精确的损耗模型对于优化开关变换器设计的重要性。" 在高频开关变换器中，磁性元件如铁氧体磁芯的损耗成为关键因素，因为它们直接影响变换器的效率和可靠性。研究者关注的重点是如何在不同占空比下估算磁性变压器的损耗，特别是当激励信号为高频矩形波时。占空比(D)的变化会影响磁滞回线的包围面积，但研究发现这种影响对磁滞损耗来说相对较小，可以近似认为磁滞损耗是恒定的。 涡流损耗与激励电压之间的关系被确定为近似线性，这使得在不同占空比条件下，可以通过特定的计算方法预测涡流损耗。通过理论分析，作者得出结论：当占空比在0.283到0.717之间时，使用矩形波激励的磁芯损耗比正弦波激励的要低。此外，占空比为0.5时，磁芯损耗达到最低值，这为优化变换器设计提供了指导。 在损耗建模方法上，文章提到了三种主要途径：数学统计方法（如Steinmetz方程），傅里叶分解计算，以及磁芯损耗分离法。Steinmetz方程是一种常用的简便方法，但它忽略了磁芯形状和尺寸的影响，适用于正弦波激励但不完全适用于矩形波。傅里叶分解虽然可以理论上处理任何波形，但在高频非线性条件下可能存在较大误差。磁芯损耗分离法则通过分析不同损耗机制来估算总损耗。 综合这些理论和实验结果，该研究为理解和改善开关变换器的磁芯损耗问题提供了有价值的见解，并强调了开发更精确的损耗模型以适应不同工作条件的需求。这对于提升变换器的功率密度、降低温升以及提高整体系统性能具有重要意义。