电感和变压器的损耗和温升

 

 

晨欣小编

2022-11-17 10:18:15

  每当电流通过线圈时,电感和变压器的磁芯和线圈损耗就会产生温升。这些损耗受应用(功率预算)所允许的总损耗或允许的最大温升限制。


  例如,许多线艺产品设计用于85°C的环境和40°C温升,意味着最大的产品温度是+125°C。一般来说,允许的最大产品温度是最大环境温度加上温升。如果损耗产生的允许最大产品温度能够满足功率预算极限,那么此元件被认为是可接受的。因磁芯和线圈损耗产生的温升与特定元件的散热特性有关。例如,100 mW的损耗可能会引起40°C的温升,但在另一个散热(热阻)特性较好的电感中可能仅产生30°C的温升。


  电感或变压噐没有热阻规定,因为它们大多是开放式结构并且不是实心同质体,如模压集成电路封装。这些结构体有多种热流动路径和多个热源(线圈和磁芯),而集成电路可以在一个特定的接点产生热并且在实心体内均匀传热。根据数据表中的DCR和Irms规格,可以计算出热阻(Rth)的近似值。Irms电流引起的温升(如40°C温升)除以产生此温升所需的功率(功率=DCR×Irms2):Rth(单位°C/W)=40°C÷(DCR×Irms2)


  其中DCR的单位是欧姆,Irms的单位是安培。一旦计算出一特定元件的热阻,可以假定它是此材料和结构的固定属性,而且不会在其他工作条件下(温度、电流、频率等)发生变化。在这个假定之下,可以估算因功率耗散而产生的温升:


  Trise=Rth×P


  其中:


  Trise是温升


  Rth是热阻,°C/W


  P是耗散的功率,瓦特


  额定Irms和温升


  线艺的电流额定值规定了在通过额定(Irms)电流时所引起的温升。在等于或低于最大额定环境温度的条件下允许产生此规定的温升。额定Irms是引起规定温升的有效直流(或低频交流)电流。当产生磁芯和线圈损耗时,实际温升会更高。当工作条件接近最大额定环境温度时,必须使用较小的电流。在较低的环境温度下,允许的温升将能产生允许的最大产品温度(环境+温升)。磁芯和线圈损耗取决于电流和频率以及特定的元件材料和结构。因此,降低电流额定值(基于温升)要视乎交流纹波电流的振幅和频率造成的特定损耗。


  射频片式和空心电感


  注:下面的估算不考虑受电流影响的损耗或不属于小信号ESR测量的其他高频大信号损耗机理,如铁氧体、铁粉或复合磁芯结构。对于我们的射频片式和空心弹簧电感,受频率影响的小信号损耗可以根据有效串联电阻(ESR)来估算。


  铁氧体、铁粉或复合磁芯元件


  宽带扼流器和变压器的性能是通过使用高导磁率的磁芯材料如铁粉或铁氧体来取得的。当射频信号通过电感时,电感产生的总热量还包含了受频率和电流影响的磁芯损耗产生的热。ESR测量(通常在非常低的电流下进行)将不能够捕捉到这些损耗。因此,上面的估算方法不适用,并且预测的温升比实际产生的要低。元件会比预期的热。所有使用高导磁率(铁氧体、铁粉、复合)磁芯的元件均如此。在这些情况下,我们建议测量可能出现在你的应用中的所有频率和电流条件下的元件温升,以确定最糟情况下的温升。


 

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