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磁滯損耗的理解

發布時間:2020-12-16 責任編輯:lina

【導讀】我們先前有講過電感的損耗,分為銅損和鐵損,銅損指直流導通電阻,一般不會大。而鐵損就是指磁芯損耗了,主要包括磁滯損耗和渦流損耗。而這兩者主要與磁芯的材質種類有關。下面來看看磁珠是怎么利用磁滯損耗和渦流損耗來工作的。
 
磁珠在電路中也是用得非常多的,下面是一些經常會看到的知識點,或者說是經驗吧。
 
①電感的單位是亨 H,磁珠的單位是歐姆Ω
②電感是儲存能量的,磁珠是通過發熱來消耗能量的
③磁珠是用來吸收超高頻信號,多用于信號回路及 EMC 對策
 
不知道同志們想過沒有,這些結論是怎么來的呢?要理解這些,就需要知道磁珠的工作原理,而知道了磁珠的工作原理,這些也就是理所當然的事情了。
 
磁珠的工作原理
 
總的來說,磁珠跟電感的原理基本是一樣的,很多廠家也把磁珠歸為電感一類。那么他們的區別在哪兒呢?
 
先來看我們使用兩者器件的目的:我們一般使用電感,總希望他是理想電感,損耗越小越好。而我們使用磁珠,就是要利用其損耗,來消掉我們不需要的高頻分量。
 
我們先前有講過電感的損耗,分為銅損和鐵損,銅損指直流導通電阻,一般不會大。而鐵損就是指磁芯損耗了,主要包括磁滯損耗和渦流損耗。而這兩者主要與磁芯的材質種類有關。下面來看看磁珠是怎么利用磁滯損耗和渦流損耗來工作的。
 
下面是最簡單的磁珠模型:
 
磁滯損耗的理解
dsPIC33 DSC參考設計的主要電路組件
 
電流流過導線,會產生圍繞導線的環形磁場,在導線上套上一個磁導率比較大的磁環,磁環內部就會有比較大的環形磁場 B。如果電流是變化的,那么磁場 B 也是變化的。根據電磁感應定律,變化的磁場產生電場,并且這個電場是環形的電場。如上圖所示,會在紅色截面上產生環形的電場。這是如果磁環的電阻率不是無窮大,那么環形的電場就會產生環形的電流,也就是產生熱量了,這個損耗叫渦流損耗。
 
磁滯損耗的理解
 
我們實際中常用的磁珠是上面這種貼片式結構的,一樣也是會有渦流損耗,道理跟上面差不多。
 
磁滯損耗如何理解呢?
 
磁芯在外磁場的作用下,材料中的一部分與外磁場方向相差不大的磁疇發生了‘彈性’轉動,這就是說當外磁場去掉時,磁疇仍能恢復原來的方向;而另一部分磁疇要克服磁疇壁的摩擦發生剛性轉動,即當外磁場去除時,磁疇仍保持磁化方向。因此磁化時,送到磁場的能量包含兩部分:前者轉為勢能,即去掉外磁化電流時,磁場能量可以返回電路;而后者變為克服摩擦使磁芯發熱消耗掉,這就是磁滯損耗。
 
磁滯損耗的理解
 
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,那么磁疇的剛性轉動越少,損耗就越小?;蛘哒f磁滯損耗正比于磁滯回線包圍的面積。
 
關于磁珠的損耗,我請教過相關電感生產廠家,磁滯損耗占大頭。
 
小結
 
其實,上面說的渦流損耗,磁滯損耗,在前幾期講電感,講磁芯時已經介紹過了,電感的損耗也是這些。電感和磁珠,本質上沒什么區別。電感和磁珠的曲線,其實是差不多的,都是倒“V”型的只不過因為使用目的的不同,電感我們一般讓其工作在感性區域,也就是遠離諧振頻率的頻段,因此,它的單位是 H。而磁珠工作在阻性區域,也就是諧振頻率附近,因此他的單位是歐姆。
 
磁滯損耗的理解
 
或者這么說,電感和磁珠,如果用數學公式表示阻抗的話,都是 Z=R+jX。
 
電感,工作在 X 遠大于 R 的頻段,也就是 X 占大頭,此時 X 主要是感抗,那么單位不就是亨了么。既然 X 分量占大頭,R 分量很小,因為只有 R 才能消耗能量,那就主要是儲能的作用了。
 
磁珠,主要工作在 R 大于 X 的頻段,R 占大頭,那么單位不就是歐姆了么。因為 X 分量占小頭,儲能很少,所以我們說磁珠主要是通過發熱消耗能量的。
 
 
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