您是否有過為降壓穩(wěn)壓器充電、進(jìn)行滿功率測試,，隨后在進(jìn)行電感指端溫度測試時留下了永久（燙傷）印記的經(jīng)歷呢,？或許過高的磁芯損耗和交流繞組損耗就是罪魁禍?zhǔn)?。?100-kHz 開關(guān)頻率下，一般不會出現(xiàn)任何問題，這是因為磁芯損耗約占總電感損耗的 5% 到 10%,。因此,，相應(yīng)的溫升才是問題所在。

一般而言,，選擇電感時,，只需計算出最大負(fù)載電流，通過容許 20% 紋波電流來建立電感,。由于磁芯損耗微不足道,，因此會出現(xiàn)類似于產(chǎn)品說明書中所示的溫升。然而,，隨著開關(guān)頻率上升至 500 kHz 以上,，磁芯損耗和繞組交流損耗可以極大地減少電感中的容許直流電流。使用 20% 紋波電流來計算電感,，可帶來相同的磁芯材料通量激增,，其與頻率無關(guān)。磁芯損耗方程式的一般形式為：
Pcore = K × F1.3,。

因此,，如果頻率 (F) 從 100 kHz 升至 500 kHz，則磁芯損耗便為原來的 8 倍,。圖 1 顯示了這種上升情況,，還描述了隨磁芯損耗上升而下降的容許銅線損耗,。100 KHz時,，大多數(shù)損耗存在于銅線中，同時利用全直流額定電流是可能的,。更高頻率時,，磁芯損耗變大。由于總?cè)菰S損耗由磁芯損耗與銅線損耗之和決定,，因此銅線損耗必須在磁芯損耗上升時降低,。這種情況一直持續(xù)到各損耗均相等。最佳情況是,，在高頻率下?lián)p耗穩(wěn)定保持相等,，并允許從磁結(jié)構(gòu)獲得最大輸出電流。

1 0.5 MHz以上,，磁芯損耗大大降低了有效傳導(dǎo)損耗,。

圖 1 和圖 2 均基于固定磁芯體積和繞組面積，僅匝數(shù)可變,。圖 2 顯示了圖 1 所示磁芯損耗的電感和容許直流電流,。1.3 MHz以下時，電感與開關(guān)頻率成反比關(guān)系。電感在1.3 MHz 附近達(dá)到最小值,。該頻率以上,，則必須升高電感來限制磁芯通量，從而將磁芯損耗控制在總損耗的 50%,。該電感的額定電流也同時被計算出來,。低頻率時，磁芯損耗并不大,，額定電流由繞組的功率損耗決定,。

下列方程式中，匝數(shù)與頻率平方根的倒數(shù)成正比,，因此頻率升高 2 倍（電感降低一半）得到 0.707 匝數(shù),。

L = μ × A × N2/lm

這種情況會以兩種方式影響繞組電阻。匝數(shù)減少 30%,，而每一匝的可用面積卻增加了41%,。由于繞組電阻與匝數(shù)/匝面積相關(guān)，因此電阻隨頻率上升而線性下降,，例如：在本例中電阻下降 2 倍,。

較高頻率時，磁芯損耗開始限制容許銅線損耗,，直到達(dá)到它們相等的點為止,。在這一點上，通過增加更多匝數(shù)以及升高繞組電阻,，使電感上升來降低通量,。這樣，電感額定電流減少,。因此,，從電感尺寸角度來說獲得了最佳頻率。

圖2 磁芯損耗限制峰值功率

總之,，增加開關(guān)頻率會縮小磁芯尺寸的看法是正確的,，但僅限于磁芯損耗和交流 繞組損耗等于銅線損耗的點上。過了這個點,，磁芯尺寸實際上會增加,。另外，設(shè)計人員需要注意的是,，在有許多高開關(guān)頻率產(chǎn)品可供選擇的今天,，一些相應(yīng)的應(yīng)用手冊中并沒有清楚地注明過高磁芯損耗存在的一些潛在問題。

作者簡介

Robert Kollman 現(xiàn)任 TI 高級應(yīng)用經(jīng)理兼科技委員會資深委員,。他擁有超過 30 年的電源電子行業(yè)工作經(jīng)驗,，并為電源電子成功設(shè)計了磁芯,，包括從 sub-watt 到 sub-Megawatt 的磁芯，其工作頻率兆赫茲范圍內(nèi),。Robert 畢業(yè)于得克薩斯 A&M 大學(xué)(Texas A&M University),，獲電子工程理學(xué)士學(xué)位，后又畢業(yè)于南衛(wèi)理公會大學(xué) (Southern Methodist University),，獲電子工程碩士學(xué)位,。