关于开关电源内部各种损耗的原因及知识详细分析

开关电源各种内部损耗详解

本文主要讲(jiang)关(guan)(guan)(guan)于(yu)开(kai)关(guan)(guan)(guan)电(dian)源(yuan)内部各种损(sun)(sun)(sun)耗的(de)(de)原因及(ji)知(zhi)(zhi)识详细分析，电(dian)源(yuan)工程师们都知(zhi)(zhi)道开(kai)关(guan)(guan)(guan)MOS在整个电(dian)源(yuan)系统里(li)面的(de)(de)损(sun)(sun)(sun)耗占(zhan)比是不(bu)小的(de)(de)，开(kai)关(guan)(guan)(guan)mos的(de)(de)的(de)(de)损(sun)(sun)(sun)耗我(wo)们谈(tan)及(ji)最多(duo)的(de)(de)就是开(kai)通损(sun)(sun)(sun)耗和(he)关(guan)(guan)(guan)断损(sun)(sun)(sun)耗，由于(yu)这(zhei)两(liang)个损(sun)(sun)(sun)耗不(bu)像导通损(sun)(sun)(sun)耗或驱动(dong)损(sun)(sun)(sun)耗一样(yang)那(nei)么直观，所(suo)有有部分人对于(yu)它计算(suan)还有些迷(mi)茫。我(wo)们知(zhi)(zhi)道这(zhei)个损(sun)(sun)(sun)耗是由于(yu)开(kai)通或者(zhe)关(guan)(guan)(guan)断的(de)(de)那(nei)一个极短(duan)的(de)(de)时刻有电(dian)压和(he)电(dian)流(liu)的(de)(de)交叉(cha)而引起的(de)(de)交越(yue)损(sun)(sun)(sun)耗。

要提高开(kai)关电(dian)源的(de)效率，就(jiu)必须(xu)分辨和粗略估算各种(zhong)损耗(hao)(hao)。开(kai)关电(dian)源内部的(de)损耗(hao)(hao)大(da)致可分为(wei)四个方面(mian)(mian)：开(kai)关损耗(hao)(hao)、导通损耗(hao)(hao)、附(fu)加损耗(hao)(hao)和电(dian)阻损耗(hao)(hao)。下(xia)面(mian)(mian)我们分别(bie)来讨论(lun)一下(xia)，这些损耗(hao)(hao)通常会(hui)在(zai)有损元器(qi)件(jian)中同时出(chu)现。

开关电源内的主要寄生参数概述

寄生(sheng)参数是(shi)(shi)电(dian)路内部实际元件(jian)无法预料的(de)(de)电(dian)气特(te)性，它(ta)们一般会储存能量(liang)，并对(dui)自身元件(jian)起反作(zuo)用而产生(sheng)噪声和损耗。对(dui)设计者来说，分辨、定量(liang)、减小或利(li)用这(zhei)些(xie)反作(zuo)用是(shi)(shi)一个(ge)很大(da)的(de)(de)挑战。在交流(liu)情况(kuang)下，寄生(sheng)特(te)性更加明显(xian)。典型的(de)(de)开关电(dian)源内部有(you)两个(ge)主(zhu)要的(de)(de)、存在较大(da)交流(liu)值(zhi)的(de)(de)节点，第一是(shi)(shi)功率开关的(de)(de)集电(dian)极(ji)(ji)(ji)或漏极(ji)(ji)(ji)；第二是(shi)(shi)输出整流(liu)器的(de)(de)阳极(ji)(ji)(ji)。必须重点关注这(zhei)两个(ge)特(te)殊(shu)的(de)(de)节点。

变换器内的主要寄生参数

在所有开关电源中，有一些常见(jian)(jian)的(de)(de)寄生(sheng)参(can)(can)数(shu)(shu)，在观(guan)察变换(huan)器内主(zhu)要(yao)交流(liu)节点的(de)(de)波(bo)形时，可以明显看到它(ta)们的(de)(de)影响。有些器件的(de)(de)数(shu)(shu)据资料中，甚至给(ji)出了(le)这些参(can)(can)数(shu)(shu)，如MOSFET的(de)(de)寄生(sheng)电容(rong)。两种常见(jian)(jian)变换(huan)器的(de)(de)主(zhu)要(yao)寄生(sheng)参(can)(can)数(shu)(shu)见(jian)(jian)图3。

有些寄(ji)(ji)(ji)生参(can)(can)数(shu)已明确(que)定(ding)义，如MOSFET的(de)电容(rong)，其他一些离散的(de)寄(ji)(ji)(ji)生参(can)(can)数(shu)可(ke)以(yi)用集中(zhong)参(can)(can)数(shu)表示，使建模变(bian)得(de)更加容(rong)易(yi)。试(shi)图确(que)定(ding)那些没(mei)有明确(que)定(ding)义的(de)寄(ji)(ji)(ji)生参(can)(can)数(shu)的(de)值(zhi)是非常(chang)困难的(de)，通常(chang)用一个经验值(zhi)确(que)定(ding)，换句话说(shuo)，在进(jin)行(xing)软开关设(she)计(ji)时(shi)(shi)(shi)，元(yuan)(yuan)(yuan)器件(jian)的(de)选择以(yi)能得(de)到(dao)最佳结(jie)果为原(yuan)则来进(jin)行(xing)。在线路图中(zhong)，合适(shi)的(de)地方(fang)放置寄(ji)(ji)(ji)生元(yuan)(yuan)(yuan)件(jian)非常(chang)重要，因为电气支(zhi)路只在变(bian)换器工作的(de)一部分时(shi)(shi)(shi)间(jian)内起作用。例(li)如，整流(liu)器的(de)结(jie)电容(rong)只有在整流(liu)器反向(xiang)偏置时(shi)(shi)(shi)会很(hen)大，而(er)当二极管正(zheng)向(xiang)偏置时(shi)(shi)(shi)就消失了(le)。表l列出了(le)一些容(rong)易(yi)确(que)定(ding)的(de)寄(ji)(ji)(ji)生参(can)(can)数(shu)和产生这些参(can)(can)数(shu)的(de)元(yuan)(yuan)(yuan)器件(jian)，以(yi)及(ji)这些值(zhi)的(de)大致范(fan)围。某些特殊的(de)寄(ji)(ji)(ji)生参(can)(can)数(shu)值(zhi)可(ke)以(yi)从特定(ding)元(yuan)(yuan)(yuan)器件(jian)的(de)数(shu)据资料中(zhong)获得(de)。

印制电路板(ban)(PCB)对寄(ji)生(sheng)参数的(de)影响(xiang)无处不在，好(hao)的(de)PCB布局规(gui)则可以尽量(liang)减(jian)少这些(xie)影响(xiang)。

流(liu)(liu)(liu)过尖峰电流(liu)(liu)(liu)的(de)印(yin)制(zhi)(zhi)线(xian)对由任一(yi)印(yin)制(zhi)(zhi)线(xian)所产生的(de)电感和电容很敏(min)感，所以这些线(xian)必须短(duan)而粗。存在交流(liu)(liu)(liu)高电压的(de)PCB焊点，如功率(lv)开关的(de)漏极(ji)或(huo)集电极(ji)或(huo)者(zhe)整流(liu)(liu)(liu)管的(de)阳(yang)极(ji)，极(ji)易与临近印(yin)制(zhi)(zhi)线(xian)产生耦合电容，使(shi)交流(liu)(liu)(liu)噪(zao)声耦合到邻近的(de)印(yin)制(zhi)(zhi)线(xian)中(zhong)。通过“过孔”连接可(ke)以使(shi)交流(liu)(liu)(liu)信号印(yin)制(zhi)(zhi)线(xian)的(de)上下层(ceng)都流(liu)(liu)(liu)过同(tong)样的(de)信号。其(qi)余寄(ji)生参数的(de)影响一(yi)般(ban)可(ke)归到相(xiang)邻的(de)寄(ji)生元件(jian)中(zhong)。

开关电源内部损耗-与功率开关有关的损耗

功率(lv)开(kai)关是典型的(de)(de)开(kai)关电源内(nei)部最主要(yao)的(de)(de)两个损(sun)耗(hao)源之(zhi)一。损(sun)耗(hao)基本上可分(fen)为两部分(fen)：导(dao)通损(sun)耗(hao)和(he)(he)开(kai)关损(sun)耗(hao)。导(dao)通损(sun)耗(hao)是当功率(lv)器件已(yi)被开(kai)通，且驱(qu)动(dong)(dong)和(he)(he)开(kai)关波形(xing)(xing)已(yi)经稳定(ding)以后(hou)，功率(lv)开(kai)关处于导(dao)通状(zhuang)态时的(de)(de)损(sun)耗(hao)；开(kai)关损(sun)耗(hao)是出现在功率(lv)开(kai)关被驱(qu)动(dong)(dong)，进入一个新的(de)(de)工作状(zhuang)态，驱(qu)动(dong)(dong)和(he)(he)开(kai)关波形(xing)(xing)处于过渡过程(cheng)时的(de)(de)损(sun)耗(hao)。这些阶(jie)段和(he)(he)它们的(de)(de)波形(xing)(xing)见图1。

导通(tong)损(sun)耗可由开关两端(duan)电(dian)(dian)压(ya)和电(dian)(dian)流波形乘积测得。这些(xie)波形都近似线性(xing)，导通(tong)期间(jian)的功率(lv)损(sun)耗由式(1)给出。

控(kong)制这个损(sun)耗的(de)典型方法是(shi)使功(gong)率开关导(dao)通(tong)期间(jian)的(de)电(dian)压降(jiang)最小。要(yao)达到(dao)这个目(mu)的(de)，设计者(zhe)必须使开关工作(zuo)在饱和状态。这些条件由(you)式(2a)和式(2b)给(ji)出，通(tong)过基(ji)极或(huo)栅(zha)极过电(dian)流驱动，确保由(you)外(wai)部(bu)元器件而不是(shi)功(gong)率开关本身对集电(dian)极或(huo)漏极电(dian)流进行控(kong)制。

电(dian)源(yuan)开(kai)关(guan)转换期间(jian)的(de)(de)(de)开(kai)关(guan)损(sun)(sun)耗(hao)就更复杂，既有(you)(you)本身的(de)(de)(de)因(yin)素，也有(you)(you)相(xiang)关(guan)元器件(jian)的(de)(de)(de)影响。与损(sun)(sun)耗(hao)有(you)(you)关(guan)的(de)(de)(de)波形只(zhi)能通(tong)过电(dian)压探头接在漏(lou)(lou)源(yuan)极(ji)(集射极(ji))端的(de)(de)(de)示波器观察(cha)得到，交流电(dian)流探头可(ke)(ke)测量漏(lou)(lou)极(ji)或(huo)集电(dian)极(ji)电(dian)流。测量每一开(kai)关(guan)瞬间(jian)的(de)(de)(de)损(sun)(sun)耗(hao)时，必须(xu)使用(yong)(yong)带屏(ping)蔽的(de)(de)(de)短(duan)引线(xian)(xian)探头，因(yin)为任何有(you)(you)长度的(de)(de)(de)非屏(ping)蔽的(de)(de)(de)导(dao)线(xian)(xian)都可(ke)(ke)能引入其他电(dian)源(yuan)发出(chu)的(de)(de)(de)噪声，从而不能准(zhun)确显示真实的(de)(de)(de)波形。一旦得到了好(hao)的(de)(de)(de)波形，就可(ke)(ke)用(yong)(yong)简单的(de)(de)(de)三角形和矩形分(fen)段(duan)求和的(de)(de)(de)方法，粗略算出(chu)这(zhei)两条曲线(xian)(xian)所包围的(de)(de)(de)面积。例如图1的(de)(de)(de)开(kai)通(tong)损(sun)(sun)耗(hao)可(ke)(ke)用(yong)(yong)式(3)计算。

这个结(jie)果只是功(gong)率(lv)开关(guan)开通(tong)期间的损耗(hao)值(zhi)(zhi)，再加上关(guan)断(duan)和导通(tong)损耗(hao)可以得到开关(guan)期间的总损耗(hao)值(zhi)(zhi)。

开关电源内部损耗-与输出整流器有关的损耗

在典(dian)型的(de)非同步(bu)整流(liu)器(qi)(qi)开(kai)关(guan)电源(yuan)内部的(de)总损(sun)耗(hao)中(zhong)，输(shu)出整流(liu)器(qi)(qi)的(de)损(sun)耗(hao)占据了全部损(sun)耗(hao)的(de)40％-65％。所以理解这一节非常重要(yao)。从图(tu)2中(zhong)可看到与(yu)输(shu)出整流(liu)器(qi)(qi)有关(guan)的(de)波形。

整流器(qi)损(sun)(sun)耗(hao)也可以分(fen)成三个部分(fen)：开通损(sun)(sun)耗(hao)、导通损(sun)(sun)耗(hao)、关断(duan)损(sun)(sun)耗(hao)。

整流器的(de)(de)(de)(de)导通损耗就是(shi)在整流器导通并(bing)且电(dian)流电(dian)压波形稳定(ding)时(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)损耗。这个(ge)损耗的(de)(de)(de)(de)抑制是(shi)通过(guo)选择流过(guo)一(yi)定(ding)电(dian)流时(shi)(shi)最低正向(xiang)压降(jiang)的(de)(de)(de)(de)整流管而(er)实现的(de)(de)(de)(de)。PN二极(ji)(ji)管具(ju)有更平坦的(de)(de)(de)(de)正向(xiang)V-I特(te)性，但电(dian)压降(jiang)却比较高(0.7～1.1V)；肖特(te)基二极(ji)(ji)管转(zhuan)折电(dian)压较低(O.3～0.6V)，但电(dian)压一(yi)电(dian)流特(te)性不太陡，这意味着随着电(dian)流的(de)(de)(de)(de)增(zeng)大，它的(de)(de)(de)(de)正向(xiang)电(dian)压的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加要比PN二极(ji)(ji)管更快。将波形中的(de)(de)(de)(de)过(guo)渡过(guo)程分段转(zhuan)化成矩形和三角(jiao)形面(mian)积(ji)，利用式(3)可以计算出(chu)这个(ge)损耗。

分析输出整流器的(de)开关损耗则(ze)要复杂(za)得(de)多。整流器自身固有(you)的(de)特性(xing)在局部电路内会引发(fa)很多问题。

开(kai)通期(qi)间，过渡过程是由(you)整(zheng)流(liu)管的(de)(de)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)向恢复(fu)(fu)特性决定的(de)(de)。正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)向恢复(fu)(fu)时(shi)(shi)(shi)间tfrr是二(er)极(ji)管两端加(jia)上正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)向电压到开(kai)始流(liu)过正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)向电流(liu)时(shi)(shi)(shi)所用的(de)(de)时(shi)(shi)(shi)间。对于(yu)PN型快恢复(fu)(fu)二(er)极(ji)管而(er)言，这(zhei)个时(shi)(shi)(shi)间是5～15ns。肖特基二(er)极(ji)管由(you)于(yu)自身固有(you)的(de)(de)更高的(de)(de)结电容，因此有(you)时(shi)(shi)(shi)会(hui)表现出更长的(de)(de)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)向恢复(fu)(fu)时(shi)(shi)(shi)间特性。尽管这(zhei)个损耗不(bu)是很(hen)大(da)，但它能在(zai)电源内部引起其他的(de)(de)问题。正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)向恢复(fu)(fu)期(qi)间，电感(gan)和(he)变压器(qi)没(mei)有(you)很(hen)大(da)的(de)(de)负(fu)载阻抗，而(er)功(gong)率开(kai)关(guan)或整(zheng)流(liu)器(qi)仍处于(yu)关(guan)断状态，这(zhei)使得储存的(de)(de)能量产生振(zhen)荡，直(zhi)至整(zheng)流(liu)器(qi)最终开(kai)始流(liu)过正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)向电流(liu)并(bing)钳位(wei)功(gong)率信(xin)号。

关(guan)断瞬间，反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)特(te)性起主(zhu)要(yao)作用(yong)。当(dang)反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)电压(ya)加(jia)在二极(ji)管(guan)(guan)两(liang)端时，PN二极(ji)管(guan)(guan)的(de)(de)反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)特(te)性由结(jie)内的(de)(de)载流(liu)(liu)(liu)子决(jue)定，这些迁(qian)移率(lv)受限的(de)(de)载流(liu)(liu)(liu)子需要(yao)从原来进入结(jie)内的(de)(de)反(fan)(fan)方向(xiang)(xiang)出去，从而(er)构成了流(liu)(liu)(liu)过(guo)二极(ji)管(guan)(guan)的(de)(de)反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)电流(liu)(liu)(liu)。与此相关(guan)的(de)(de)损耗可(ke)能会很大，因为(wei)在结(jie)区电荷被(bei)耗尽前(qian)，反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)电压(ya)会迅速上升得很高，反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)电流(liu)(liu)(liu)通过(guo)变压(ya)器反(fan)(fan)射到一次侧(ce)功率(lv)开关(guan)，增加(jia)了功率(lv)管(guan)(guan)的(de)(de)损耗。以图(tu)1为(wei)例，可(ke)以看(kan)到开通期间的(de)(de)电流(liu)(liu)(liu)峰值。

类似的(de)反向恢复特(te)性也会出现在高电(dian)(dian)压(ya)肖特(te)基整流器中(zhong)，这(zhei)一特(te)性不是由(you)载流子(zi)引起的(de)，而是由(you)于这(zhei)类肖特(te)基二极管具有较高的(de)结电(dian)(dian)容所致。所谓高电(dian)(dian)压(ya)肖特(te)基二极管就是它(ta)的(de)反向击穿电(dian)(dian)压(ya)大于60V。

开关电源内部损耗-与滤波电容有关的损耗

输(shu)(shu)(shu)入(ru)输(shu)(shu)(shu)出滤波电(dian)容并不(bu)是开(kai)关电(dian)源(yuan)(yuan)的主要损耗源(yuan)(yuan)，尽管它(ta)们对电(dian)源(yuan)(yuan)的工(gong)作寿命影响(xiang)很大。如果输(shu)(shu)(shu)入(ru)电(dian)容选择不(bu)正(zheng)确的话，会使得电(dian)源(yuan)(yuan)工(gong)作时(shi)达不(bu)到它(ta)实际应有(you)的高效率(lv)。

每个电(dian)(dian)(dian)容器(qi)都有(you)与(yu)电(dian)(dian)(dian)容相串联的(de)小电(dian)(dian)(dian)阻和电(dian)(dian)(dian)感。等效串联电(dian)(dian)(dian)阻(ESR)和等效串联电(dian)(dian)(dian)感(ESL)是由电(dian)(dian)(dian)容器(qi)的(de)结构(gou)所导致的(de)寄生(sheng)元(yuan)件(jian)，它们都会(hui)阻碍外部(bu)信号加(jia)在(zai)(zai)(zai)内部(bu)电(dian)(dian)(dian)容上。因此电(dian)(dian)(dian)容器(qi)在(zai)(zai)(zai)直流工作时性(xing)能(neng)最(zui)好，但(dan)在(zai)(zai)(zai)电(dian)(dian)(dian)源的(de)开关频率下性(xing)能(neng)会(hui)差很多。

输(shu)入(ru)输(shu)出(chu)电(dian)(dian)容(rong)是功率开(kai)关或(huo)输(shu)出(chu)整流器产生(sheng)(sheng)的(de)高频电(dian)(dian)流的(de)唯一来(lai)源(或(huo)储存(cun)处)，所以通(tong)过观(guan)察这些电(dian)(dian)流波形(xing)可(ke)以合理地确(que)定流过这些电(dian)(dian)容(rong)ESR的(de)电(dian)(dian)流。这个电(dian)(dian)流不(bu)可(ke)避免地在电(dian)(dian)容(rong)内产生(sheng)(sheng)热量。设计滤(lv)波电(dian)(dian)容(rong)的(de)主要任务就是确(que)保(bao)(bao)电(dian)(dian)容(rong)内部发热足够(gou)低，以保(bao)(bao)证产品的(de)寿命。式(4)给出(chu)了电(dian)(dian)容(rong)的(de)ESR所产生(sheng)(sheng)的(de)功率损耗的(de)计算式。

不(bu)但(dan)电(dian)(dian)(dian)容模型中的(de)电(dian)(dian)(dian)阻部(bu)分会(hui)引(yin)(yin)起问题(ti)，而(er)且如(ru)果并联(lian)的(de)电(dian)(dian)(dian)容器引(yin)(yin)出线(xian)不(bu)对称，引(yin)(yin)线(xian)电(dian)(dian)(dian)感会(hui)使电(dian)(dian)(dian)容内部(bu)发热不(bu)均衡，从(cong)而(er)缩短温度最高(gao)的(de)电(dian)(dian)(dian)容的(de)寿(shou)命。

开关电源内部损耗-附加损耗

附(fu)加损耗(hao)与所(suo)有运行(xing)功率电(dian)路所(suo)需的(de)功能器(qi)件有关(guan)，这(zhei)些器(qi)件包(bao)括与控制IC相(xiang)关(guan)的(de)电(dian)路以及反馈电(dian)路。相(xiang)比于电(dian)源的(de)其他(ta)损耗(hao)，这(zhei)些损耗(hao)一(yi)般较小，但(dan)是可(ke)以作(zuo)些分析看看是否有改进的(de)可(ke)能。

首(shou)先是启(qi)动(dong)电路(lu)。启(qi)动(dong)电路(lu)从输入(ru)电压(ya)获得(de)直流(liu)电流(liu)，使控制IC和驱动(dong)电路(lu)有足(zu)够的能(neng)量启(qi)动(dong)电源。如果这个启(qi)动(dong)电路(lu)不能(neng)在电源启(qi)动(dong)后切断电流(liu)，那么电路(lu)会有高达(da)3W的持(chi)续的损耗(hao)，损耗(hao)大(da)小取决于输入(ru)电压(ya)。

第二个主要(yao)方面是功率开(kai)关驱(qu)(qu)动(dong)电(dian)(dian)路。如(ru)果功率开(kai)关用双(shuang)极(ji)型(xing)功率晶体(ti)管(guan)，则(ze)基极(ji)驱(qu)(qu)动(dong)电(dian)(dian)流(liu)(liu)必须大(da)于晶体(ti)管(guan)集电(dian)(dian)极(ji)e峰(feng)值电(dian)(dian)流(liu)(liu)除(chu)以增(zeng)(zeng)益(yi)(hFE)。功率晶体(ti)管(guan)的(de)典型(xing)增(zeng)(zeng)益(yi)在5-15之(zhi)间，这意味着如(ru)果是10A的(de)峰(feng)值电(dian)(dian)流(liu)(liu)，就(jiu)要(yao)求0.66～2A的(de)基极(ji)电(dian)(dian)流(liu)(liu)。基射极(ji)之(zhi)间有(you)0.7V压(ya)降，如(ru)果基极(ji)电(dian)(dian)流(liu)(liu)不是从非常接(jie)近0.7V的(de)电(dian)(dian)压(ya)取(qu)得(de)，则(ze)会产生很大(da)的(de)损耗。

功率MOSFET驱(qu)(qu)动效(xiao)率比双极(ji)(ji)型功率晶体管高。MOSFET栅(zha)(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)有两个与漏(lou)源(yuan)极(ji)(ji)相(xiang)连的(de)等(deng)效(xiao)电(dian)容，即栅(zha)(zha)(zha)(zha)源(yuan)电(dian)容Ciss和漏(lou)源(yuan)电(dian)容Crss。MOSFET栅(zha)(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)驱(qu)(qu)动的(de)损(sun)耗来自于开通(tong)MOSFET时辅助电(dian)压对(dui)(dui)栅(zha)(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)电(dian)容的(de)充电(dian)，关(guan)断MOSFET时又对(dui)(dui)地放电(dian)。栅(zha)(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)驱(qu)(qu)动损(sun)耗计算由式(5)给出。

开关电源内部损耗-与磁性元件有关的损耗

对一般(ban)设计(ji)工程师而言，这部分非常(chang)(chang)复杂。因(yin)为磁性元件(jian)术语的(de)特殊性，以下所述的(de)损(sun)耗主要由磁心生产厂家(jia)以图表的(de)形(xing)式表示，这非常(chang)(chang)便(bian)于使用。这些损(sun)耗列于此(ci)处(chu)，使人们可以对损(sun)耗的(de)性质作(zuo)出(chu)评(ping)价。

与变压(ya)器和(he)电感有关的损(sun)(sun)耗主要有三(san)种：磁滞损(sun)(sun)耗、涡(wo)流(liu)损(sun)(sun)耗和(he)电阻损(sun)(sun)耗。在设(she)计和(he)构造变压(ya)器和(he)电感时(shi)可以控制这些损(sun)(sun)耗。

磁(ci)(ci)滞损(sun)耗与绕组的(de)匝(za)数和驱(qu)动方式有关。它决(jue)定了每个工作周(zhou)期(qi)在(zai)B-H曲线内扫过的(de)面(mian)积。扫过的(de)面(mian)积就(jiu)是磁(ci)(ci)场力所作的(de)功，磁(ci)(ci)场力使磁(ci)(ci)心(xin)内的(de)磁(ci)(ci)畴重新排列，扫过的(de)面(mian)积越大(da)，磁(ci)(ci)滞损(sun)耗就(jiu)越大(da)。该损(sun)耗由式(6)给出。

如公式中(zhong)所见，损(sun)耗是与工(gong)作频率和(he)最(zui)大(da)工(gong)作磁通(tong)密(mi)(mi)度的(de)二(er)次方(fang)成(cheng)正比。虽然这个损(sun)耗不(bu)(bu)如功率开关和(he)整流器内部的(de)损(sun)耗大(da)，但(dan)是处理不(bu)(bu)当也会成(cheng)为一(yi)个问(wen)题。在(zai)100kHz时(shi)，Bmax应设(she)定(ding)(ding)为材(cai)料饱(bao)和(he)磁通(tong)密(mi)(mi)度Bsat 的(de)50％。在(zai)500kHz时(shi)，Bmax应设(she)定(ding)(ding)为材(cai)料饱(bao)和(he)磁通(tong)密(mi)(mi)度Bsat 的(de)25％。在(zai)1MHz时(shi)，Bmax应设(she)定(ding)(ding)为材(cai)料饱(bao)和(he)磁通(tong)密(mi)(mi)度Bsat 的(de)10％。这是依据铁(tie)磁材(cai)料在(zai)开关电源(3C8等(deng))中(zhong)所表现出来(lai)的(de)特性决(jue)定(ding)(ding)的(de)。

涡流损耗(hao)比磁滞损耗(hao)小得多(duo)，但随着工作频率的(de)提高而迅速增加，如式(7)所(suo)示。

涡流(liu)是在强磁场中磁心内(nei)部大范(fan)围内(nei)感(gan)应的环(huan)流(liu)。一般设计者没有太多办法(fa)来(lai)减少这(zhei)个损耗。

电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)损耗(hao)(hao)是变压器或电(dian)(dian)(dian)(dian)感内部(bu)绕组(zu)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)产(chan)生的(de)(de)损耗(hao)(hao)。有两种形(xing)式(shi)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)损耗(hao)(hao)：直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)损耗(hao)(hao)和集(ji)肤效(xiao)应电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)损耗(hao)(hao)。直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)损耗(hao)(hao)由绕组(zu)导(dao)线的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)与流(liu)(liu)(liu)过(guo)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)有效(xiao)值二次(ci)方的(de)(de)乘积所决定。集(ji)肤效(xiao)应是由于在(zai)(zai)导(dao)线内强交流(liu)(liu)(liu)电(dian)(dian)(dian)(dian)磁场作用下(xia)，导(dao)线中(zhong)心的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)被“推向”导(dao)线表面(mian)而使(shi)导(dao)线的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)实际增加所致，电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)在(zai)(zai)更小(xiao)的(de)(de)截面(mian)中(zhong)流(liu)(liu)(liu)动使(shi)导(dao)线的(de)(de)有效(xiao)直(zhi)(zhi)径显得小(xiao)了(le)(le)。式(shi)(8)给出了(le)(le)这两个损耗(hao)(hao)在(zai)(zai)一个表达式(shi)中(zhong)的(de)(de)计算式(shi)。

漏感(gan)(用串联于绕(rao)组(zu)(zu)的(de)小电感(gan)表示(shi))使一部分磁(ci)通(tong)不与(yu)磁(ci)心交链而漏到周围的(de)空气和材料中。它的(de)特性并(bing)不受(shou)与(yu)之相关(guan)的(de)变(bian)压器或(huo)电感(gan)的(de)影(ying)响(xiang)，因此绕(rao)组(zu)(zu)的(de)反射阻抗(kang)并(bing)不影(ying)响(xiang)漏感(gan)的(de)性能(neng)。

漏(lou)(lou)感(gan)(gan)会带来一(yi)个问题，因为它没有将功率(lv)传递到负(fu)载，而是在周围的(de)(de)元(yuan)件中产生振(zhen)荡能量。在变压器(qi)和电(dian)感(gan)(gan)的(de)(de)结构设计中，要控(kong)制绕组的(de)(de)漏(lou)(lou)感(gan)(gan)大(da)小。每一(yi)个的(de)(de)漏(lou)(lou)感(gan)(gan)值都会不(bu)同(tong)，但能控(kong)制到某个额定(ding)值。

一(yi)些减少绕(rao)(rao)组(zu)(zu)漏(lou)感的(de)(de)通(tong)用经验法(fa)则(ze)是(shi)：加(jia)长(zhang)绕(rao)(rao)组(zu)(zu)的(de)(de)长(zhang)度、离磁(ci)心距(ju)离更(geng)近、绕(rao)(rao)组(zu)(zu)之(zhi)间的(de)(de)紧耦合技术，以(yi)及(ji)相近的(de)(de)匝(za)比(如接近l：1)。对通(tong)常用于DC-DC变换(huan)器的(de)(de)E-E型(xing)磁(ci)心，预(yu)计的(de)(de)漏(lou)感值(zhi)是(shi)绕(rao)(rao)组(zu)(zu)电感的(de)(de)3％～5％。在离线式(shi)变换(huan)器中(zhong)，一(yi)次绕(rao)(rao)组(zu)(zu)的(de)(de)漏(lou)感可(ke)能高(gao)达绕(rao)(rao)组(zu)(zu)电感的(de)(de)12％，如果变压器要(yao)满足严格的(de)(de)安全规程的(de)(de)话。用来绝缘(yuan)绕(rao)(rao)组(zu)(zu)的(de)(de)胶带(dai)会使绕(rao)(rao)组(zu)(zu)更(geng)短，并使绕(rao)(rao)组(zu)(zu)远离磁(ci)心和其他绕(rao)(rao)组(zu)(zu)。

在(zai)直流磁(ci)铁的(de)应(ying)用场合，沿磁(ci)心(xin)的(de)磁(ci)路一(yi)(yi)般需要有一(yi)(yi)个气(qi)隙(xi)(xi)。在(zai)铁氧(yang)体磁(ci)心(xin)中(zhong)(zhong)，气(qi)隙(xi)(xi)是在(zai)磁(ci)心(xin)的(de)中(zhong)(zhong)部，磁(ci)通(tong)(tong)从(cong)磁(ci)心(xin)的(de)一(yi)(yi)端流向(xiang)另一(yi)(yi)端，尽管磁(ci)力线会从(cong)磁(ci)心(xin)的(de)中(zhong)(zhong)心(xin)向(xiang)外散开。气(qi)隙(xi)(xi)的(de)存在(zai)产生了一(yi)(yi)块密(mi)集的(de)磁(ci)通(tong)(tong)区域(yu)，这会引起临近线圈或靠近气(qi)隙(xi)(xi)的(de)金(jin)属部件内的(de)涡流流动。这个损耗一(yi)(yi)般不(bu)是很(hen)大，但(dan)很(hen)难确定。

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