变压器中磁性元件的损耗详解
变压器损耗
变压器的损耗分为铁损与铜损1、铁损（即磁芯损耗）包括三个方面：（1）磁材料在外磁场的作用下，材料中的一部分与外磁场方向相差不大的磁畴发生了‘弹性’转动，这就是说当外磁场去掉时，磁畴仍能恢复原来的方向；而另一部分磁畴要克服磁畴壁的摩擦发生刚性转动，即当外磁场去除时，磁畴仍保持磁化方向。
因此磁化时，送到磁场的能量包含两部分：前者转为势能，即去掉外磁化电流时，磁场能量可以返回电路；而后者变为克服摩擦使磁芯发热消耗掉，这就是磁滞损耗，是不可恢复能量。
每磁化一个周期，就要损耗与磁滞回线包围面积成正比的能量。
频率越高，损耗功率越大；磁感应摆幅越大，包围面积越大，损耗也越大。
（2）涡流损耗，当变压器工作时。
磁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流。
涡流的存在使磁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗。
（3）剩余损耗是由于磁化弛豫效应或磁性滞后效应引起的损耗。
所谓弛豫是指在磁化或反磁化的过程中，磁化状态并不是随磁化强度的变化而立即变化到它的最终状态，而是需要一个过程，这个‘时间效应’便是引起剩余损耗的原因。
从铁损包含的三个方面的定义上看，只要控制磁力线的大小便可降低磁滞损耗，减少磁芯与磁力线垂直的面积可以减少涡流损耗。
《开关电源中磁性元器件》一书中指出：由上面的话可以看出，在磁芯材质与形状，体积等都确定的情况下，变压器的铁损与变压器的工作频率以及磁感应强度摆幅deltB成正比。
磁滞在低场下可以不予考虑，涡流在低频下也可忽略，剩下的就是剩余损耗。
在磁感应强度较高或工作频率较高时，各种损耗互相影响难于分开。
故在涉及磁损耗大小时，应注明工作频率f以及对应的Bm 值。
但在低频弱场下，可用三者的代数和表示：tanδm= tanδh+tanδf+tanδr。
式中tanδh tanδf tanδr分别为：磁滞损耗角正切，涡流损耗角正切，剩余损耗角正切。
最新变压器中磁性元件的损耗详解
变压器中磁性元件的损耗详解变压器中磁性元件的损耗详解今天我们来讨论下电源电路中磁性元件的损耗。
电源中的磁性元件一般就是指电感与变压器，这里我们这种讨论初次级隔离的变压器，因为这种变压器在开关电源中应用最为广泛。
变压器的作用大致是提供初次级的电气隔离，使输出电压或升或降，传送能量；变压器设计的好坏直接关系到整个电源系统的安规，EMC，效率，温升，输出的电气性能参数，寿命，可靠性，甚至会导致系统的崩溃。
升压的做过，但经验不多，说说个人的理解，不一定对，权作参考与讨论之用。
升压变压器的难点，楼上已经指出来了，因为绕组的圈数太多，漏感与分布电容很难两全其美；这个时候我觉得应该从以下几个方面着手：1、在选择变压器的时候，如果结构尺寸允许的话，我们尽量选择高长型（立式）或窄长（卧式）型的，因为这种变压器单层绕线圈数多，可以有效降低绕线的层数，增加初次级的耦合，减小层间电容。
2、优化绕线顺序，使初次级能增减耦合面积；曾经用过这种绕法：1/3次级--1/2初级--1/3次级--1/2初级--1/3次级，结果表明此种绕法漏感可以小很多。
当然这种变压器绕制工艺稍显复杂，成本稍高，但还是可以接受。
3、层间电容大家都知道，每层之间加黄胶带，便可减少层间电容。
当然这些措施都是在考虑安规与EMC的情况下，做出的改进；对于升压电源，漏感与层间电容如果处理不好很容易引起振荡，使电源的EMC不好过，效率不高，有时会莫名其妙的炸MOS管（我实际碰到过的情况）。
我们知道变压器的损耗分为铁损与铜损，先来说说铁损吧。
变压器的铁损包括三个方面：一是磁滞损耗，当交流电流通过变压器时，通过变压器磁芯的磁力线其方向和大小随之变化，使得磁芯内部分子相互摩擦，放出热能，从而损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗。
二是涡流损耗，当变压器工作时。
磁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流。
变压器损耗的计算
变压器损耗的计算1.铁损铁损又称为励磁损耗，是由于变压器的铁心材料在磁化和磁化时产生的能量损失。
铁损分为两个部分：磁滞损耗和涡流损耗。
磁滞损耗是指变压器铁心中的磁化过程中产生的损耗。
当变压器的铁心在交变磁场的作用下，磁通密度会随时间的变化而产生变化。
这个变化造成了磁性材料内部分子的磁化和去磁化过程，从而导致了磁滞损耗的发生。
涡流损耗是指变压器铁心中由于交变磁场引起的涡流流动而产生的能量损耗。
当变压器工作时，铁心内部的导体会受到交变磁场的感应作用，从而形成涡流流动。
这种涡流流动会产生磁阻力和电阻力，导致能量损耗。
2.铜损铜损是指由于变压器绕组的电阻导致的能量损耗。
当变压器工作时，绕组会产生电阻，电流通过时会产生热能。
这部分能量损耗称为铜损。
铜损分为两个部分：直流电阻损耗和交流电阻损耗。
直流电阻损耗是指变压器绕组中的直流电阻引起的能量损耗。
这部分损耗在变压器的额定电流下较小。
交流电阻损耗是指变压器绕组中的交流电阻引起的能量损耗。
变压器绕组中的导体存在一定的交流电阻，当电流通过时，会产生电压降，从而导致能量损耗。
计算变压器的损耗可以使用以下公式：总损耗=铁损+铜损铁损=磁滞损耗+涡流损耗铜损=直流电阻损耗+交流电阻损耗变压器的损耗还可以用以下公式估算：全负荷损耗=铁损+铜损的常数根据以上公式，变压器损耗的计算步骤如下：1.确定变压器的额定功率、额定电压和额定电流。
2.确定变压器的负载率。
负载率等于变压器的输出功率与额定功率的比值。
3.根据变压器的额定功率和负载率，计算变压器的额定电流。
额定电流等于变压器的额定功率除以额定电压。
4.根据变压器的额定电流，计算变压器的铜损。
直流电阻损耗等于铜损的一部分，可以通过乘以一个系数来计算。
5.根据变压器的负载率和额定电流，计算变压器的总损耗。
总损耗等于负载率的平方乘以额定电流的平方乘以铜损系数。
6.计算变压器的铁损。
铁损等于总损耗减去铜损。
以上是变压器损耗的计算方法，通过合理估算变压器的损耗，可以提高变压器的运行效率，降低能源消耗。
变压器损耗的原因及影响因素分析
变压器损耗的原因及影响因素分析变压器作为电力系统中非常重要的设备之一，其正常运行对电力系统的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。
然而，在变压器的实际工作过程中，损耗问题是一直以来需要关注和解决的难点之一。
本文将对变压器损耗的原因及影响因素进行深入分析，旨在找到有效的解决方法。
一、变压器损耗的原因1. 铁损耗：铁损耗是变压器工作时电流在铁芯中形成的涡流所产生的能量损耗。
铁损耗主要包括磁滞损耗和涡流损耗两部分。
磁滞损耗是由于铁芯在磁场中反复磁化和消磁产生的能量损耗，而涡流损耗是由于磁场的变化引起铁芯内涡流产生的能量损耗。
2. 铜损耗：铜损耗是变压器中线圈内电流通过不同金属导体时产生的能量损耗。
变压器的铜损耗主要来自于线圈内电流的电阻性损耗，这是由于线圈材料的电阻使得电能转化为热能的过程。
3. 空载损耗：空载损耗是指在变压器无负载运行时所消耗的能量。
空载损耗包括铁损耗和冷却损耗两部分。
冷却损耗是指变压器中的油、铁心和线圈等部件对环境的传热所产生的能量损耗。
4. 负载损耗：负载损耗是指在变压器有负载运行时所消耗的能量。
负载损耗主要来自于线圈的铜损耗，以及由于负载电流通过涡流引起的铁损耗。
二、变压器损耗的影响因素1. 负载率：负载率是指变压器实际负载与额定负载之间的比值。
变压器的损耗随着负载率的变化而发生变化，负载率越高，损耗越大。
2. 工作温度：变压器的损耗与其工作温度密切相关。
当变压器的工作温度升高时，损耗也会相应增加。
因此，在变压器的设计和运行过程中，需要注意控制其工作温度，以降低损耗。
3. 线圈材料：线圈材料的选择也会对变压器的损耗产生影响。
不同的线圈材料具有不同的电阻和导热性能，因此选择合适的材料可以减少损耗。
4. 冷却方式：变压器的冷却方式也会对损耗产生影响。
冷却方式包括自然冷却和强迫冷却两种，采用不同的冷却方式可以改变变压器的工作温度，并影响损耗大小。
5. 运行状态：变压器在不同的运行状态下，其损耗也会有所不同。
变压器的损耗与效率评估
变压器的损耗与效率评估变压器是电力系统中常用的电气设备之一，用于改变交流电的电压水平。
在电力传输和分配过程中，变压器的损耗和效率评估是非常重要的。
本文将探讨变压器的损耗机制、损耗类型以及如何评估变压器的效率。
一、变压器损耗机制变压器损耗是指在变压器运行过程中，由于电流通过导线和磁场中的铁芯等因素，产生的能量损失。
变压器的主要损耗机制包括铁损耗和铜损耗。
铁损耗是指由于磁场中的铁芯在交变磁通作用下产生的能量损失。
这种损耗主要由涡流损耗和剩余磁通损耗组成。
涡流损耗是指铁芯中的涡流在铁芯材料中产生的电阻损耗，剩余磁通损耗是指铁芯中的磁场在铁芯材料中产生的磁滞损耗。
铜损耗是指变压器的线圈中电流通过导线时产生的电阻损耗。
这种损耗主要由线圈中的直流电阻和交流电阻组成。
直流电阻损耗是指电流通过导线时产生的电阻损耗，交流电阻损耗是指电流通过导线时由于交变电流引起的电阻损耗。
二、变压器损耗类型根据损耗机制，变压器的损耗可以分为开路损耗和负载损耗。
开路损耗是指变压器在无负载状态下的损耗，主要由铁损耗组成。
开路损耗是恒定的，与负载大小无关。
负载损耗是指变压器在有负载状态下的损耗，主要由铜损耗组成。
负载损耗随着负载大小的增加而增加。
三、变压器效率评估变压器的效率评估是衡量变压器性能的重要指标。
变压器的效率定义为输出功率与输入功率的比值，通常以百分比表示。
变压器的效率可以通过实测方法和计算方法进行评估。
实测方法是将变压器连接到电源和负载上，测量输入功率和输出功率，然后计算效率。
计算方法是基于变压器的额定功率和额定电压，通过计算铁损耗和铜损耗来估算变压器的效率。
在实际应用中，变压器的效率评估常常涉及到变压器的负载率。
负载率是指变压器实际输出功率与额定功率的比值。
变压器在额定功率运行时，效率通常较高，但在低负载率下，效率会下降。
为了提高变压器的效率，可以采取一些措施。
例如，优化变压器的设计和制造工艺，减小铁损耗和铜损耗；合理选择变压器的负载率，避免低负载率运行；定期进行变压器的维护和检修，确保变压器的正常运行。
反激变压器绕组直流损耗和交流损耗
反激变压器绕组直流损耗和交流损耗下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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20120714电源网-变压器线圈损耗计算
线圈的允许温升
∆T = Tmax − Ta
绝缘等级允许的 最高工作温度 非晶合金与磁粉芯采用B级绝缘，居里温 度为250度以上。 铁氧体采用E级绝缘，居里温度在250度以 下。铁芯的最高工作温度不超过100度。
环境 温度
(2)热阻
磁元件的温升是线圈总损耗 和它表面散热能力决定的
1、内热阻Ri 热源（磁芯和线圈）和变压器表面之间的 热阻，内热阻主要取决于线圈物理结构。 2、外热阻Rth 由变压器表面到外部环境的热阻，外热阻 主要由通过变压器表面气流－自然对流还 是强迫通风决定。
（一）线圈电流有效值的计算
（1）梯形波电流有效值计算 （2）断续三角波电流有效值计算 （3）连续三角波电流有效值计算
（1）梯形波电流有效值计算 开关电源中最常见的电流波形是梯形波 推挽变压器的初级电流 正激变压器的初级和次级电流 电感电流连续模式单端反激变压器初级电流
表达式 直流分量
∆I ∆I i = Ia − + t (0 < t < Ton ) 2 Ton
【例题】
E55型磁芯，材料为3F3，工作频率为 200kHz、磁感应B为0.08T。铜损耗为3W。 散热表面为106.5cm2，求线圈温升。
【解】由磁芯材料3F3在100度时单位损耗 与磁感应关系中查得0.08T时单位体积损 耗为85mW/cm3。从E55规格表中查的有效 体积为42.5cm3，因此磁芯损耗为：
根据“热路欧姆定律”，温升和损耗的关系为：
∆ T = R th P
热阻的经验公式为 式中
Rth = 295 A
−0.7
P
−0.15
P－磁元件总的损耗功率（W）； A－磁元件的计算表面积（cm2）。
可见，热阻不仅与辐射表面有关，而且 还与磁元件的耗散功率有关。有些磁芯 生产厂列出不同规格磁芯的热阻Rth。
变压器损耗计算公式
变压器损耗计算公式变压器的损耗可以分为铁损和铜损两个部分，铁损又称为铁芯损耗，是指变压器的铁芯在磁化和消磁过程中因为磁滞和涡流而产生的能量损失；铜损是指变压器的线圈内导体的电阻产生的电流通过导体时产生的热量。
下面将分别介绍铁损和铜损的计算公式。
1.铁损计算铁核损耗由两个组成部分组成：磁滞损耗和涡流损耗。
根据变压器的额定电压、额定频率和额定容量，可以使用以下公式计算铁损：P_eddy = K_e ⋅ U^2 ⋅ fP_hyster = K_h ⋅ U^2 ⋅ fP_iron = P_eddy + P_hyster其中P_eddy表示涡流损耗（单位：瓦特）P_hyster表示磁滞损耗（单位：瓦特）P_iron表示铁芯损耗（单位：瓦特）K_e为涡流损耗系数K_h为磁滞损耗系数U为变压器的额定电压（单位：伏特）f为变压器的额定频率（单位：赫兹）。
2.铜损计算铜损受电流大小和电阻大小的影响，可以使用以下公式计算铜损：P_copper = I^2 ⋅ R其中P_copper表示铜损（单位：瓦特）I表示变压器的额定电流（单位：安培）R表示变压器线圈的电阻（单位：欧姆）。
需要注意的是，变压器的实际损耗还受到额定负载率、温升和损耗系数等因素的影响，上述公式只是计算变压器损耗的简化模型。
总损耗可以通过将铜损和铁损相加得到：P_total = P_iron + P_copper以上是变压器损耗的计算公式，公式中的系数K_e和K_h可以通过实际测试获得，也可以通过参考相关标准来获取。
在实际应用中，为了保证变压器的可靠运行，通常需要对变压器的损耗进行严格的测试和验证，并根据测试结果来调整设计参数。
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电源中的磁性元件一般就是指电感与变压器，这里我们这种讨论初次级隔离的变压器，因为这种变压器在开关电源中应用最为广泛。
变压器的作用大致是提供初次级的电气隔离，使输出电压或升或降，传送能量；变压器设计的好坏直接关系到整个电源系统的安规，EMC，效率，温升，输出的电气性能参数，寿命，可靠性，甚至会导致系统的崩溃。
升压的做过，但经验不多，说说个人的理解，不一定对，权作参考与讨论之用。
升压变压器的难点，楼上已经指出来了，因为绕组的圈数太多，漏感与分布电容很难两全其美；这个时候我觉得应该从以下几个方面着手：
1、在选择变压器的时候，如果结构尺寸允许的话，我们尽量选择高长型（立式）或窄长（卧式）型的，因为这种变压器单层绕线圈数多，可以有效降低绕线的层数，增加初次级的耦合，减小层间电容。
2、优化绕线顺序，使初次级能增减耦合面积；曾经用过这种绕法：1/3次级--1/2初级--1/3次级--1/2初级--1/3次级，结果表明此种绕法漏感可以小很多。
当然这种变压器绕制工艺稍显复杂，成本稍高，但还是可以接受。
3、层间电容大家都知道，每层之间加黄胶带，便可减少层间电容。
当然这些措施都是在考虑安规与EMC的情况下，做出的改进；对于升压电源，漏感与层间电容如果处理不好很容易引起振荡，使电源的EMC不好过，效率不高，有时会莫名其妙的炸MOS管（我实际碰到过的情况）。
我们知道变压器的损耗分为铁损与铜损，先来说说铁损吧。
变压器的铁损包括三个方面：
一是磁滞损耗，当交流电流通过变压器时，通过变压器磁芯的磁力线其方向
和大小随之变化，使得磁芯内部分子相互摩擦，放出热能，从而损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗。
二是涡流损耗，当变压器工作时。
磁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流。
涡流的存在使磁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗。
三是剩余损耗，在磁芯磁化或反磁化的过程中，磁化状态并不是随磁化强度变化而立即变化，有个滞后时间，滞后效应便是引起剩余损耗的原因。
从铁损包含的三个个方面的定义上看，只要控制磁力线的大小便可降低磁滞损耗，减少磁芯与磁力线垂直的面积可以减少涡流损耗。
赵老师在《开关电源中磁性元器件》一书中指出：
由上面的话可以看出，在磁芯材质与形状，体积等都确定的情况下，变压器的铁损与变压器的工作频率以及磁感应强度摆幅deltB成正比。
磁滞在低场下可以不予考虑，涡流在低频下也可忽略，剩下的就是剩余损耗。
在磁感应强度较高或工作频率较高时，各种损耗互相影响难于分开。
故在涉及磁损耗大小时，应注明工作频率f以及对应的Bm值。
但在低频弱场下，可用三者的代数和表示：tanδm= tanδh+tanδf+tanδr。
式中tanδh tanδf tanδr 分别为：磁滞损耗角正切，涡流损耗角正切，剩余损耗角正切。
各种损耗随频率的变化关系如图。
由图可见，剩余损耗和B的大小无关，但随频率增大而增大。
而磁滞损耗随B的增加增大，涡流损耗则和频率成线性变化。
了解了这些就可知：在正激和桥式电源中，磁芯损耗着重考虑涡流损耗。
在反激变压器和储能电感中，既要考虑涡流损耗又要考虑磁滞损耗，尤其是DCM方式工作的电源，磁滞损耗是第一位的。
所以可以确定，做电源时第一点就是根据电源的工作频率选取相应的磁芯材料。
下面我们开始来讨论下变压器的铜损。
变压器的铜损即变压器绕组的损耗，包含直流损耗与交流损耗。
直流损耗主要是因为绕变压器的铜漆包线，对通过它的电流有一定的阻抗（Rdc）而引起的损耗。
此电流指的是各个绕组电流波形的有效值。
直流损耗跟电流大小的平方成正比。
相对来说，交流损耗就复杂得多，包含绕组的趋肤效应，临近效应引起的损耗，同样还包括各次谐波引起的损耗。
先说直流阻抗，形成原因上面说了。
下面我们来分析怎样减少直流损耗
首先，给出直流损耗计算公式：Pdc=(Irms)^2*Rdc
由上面的公式可见，对于电流有效值一定的情况下，只要降低绕组的直流等效电阻就可以降低绕组的直流损耗。
我们知道绕组的电阻与材质，长度，截面积甚至温度（关系很小）等有关，那么我们就可以采用如下方法来降低绕组的直流损耗：
1、采用电阻率小的导体来绕制变压器，一般采用铜漆包线，尽量不用铜包铝漆包线或铝漆包线
2、在变压器窗口面积允许的情况下，尽量用大一点的等效截面积的漆包线(单根线不要超出穿透深度，后面会分析)
3、适当减少绕组的匝数（会增加铁损），慎用先来看看集肤效应的定义：
集肤效应又叫趋肤效应，是指导体通过交流电流时，在导体截面中，存在边缘部分电流密度大，中心部分电流密度小的现象。
肌肤效应产生的原理比较复杂，简单的表述为：
如上图，设流过导体的电流为i，方向如图。
根据右手法则，则要产生m.m.f 的磁场，并垂直电流方向，如图的八个小圆圈就是进入与离开道题的磁力线。
根据法拉第电磁感应，磁力线通过导体会产生涡流，方向如图中8个小圆圈周围的大圆圈方向所示。
由图可知，涡流的方向加强了导体边缘电流，抵消了导体中心的电流，这便是集肤效应产生的原理。
关于集肤效应，赵修科老师在《开关电源中的磁性元件》一书中有过详细的论述
在这里再引入一个名词：穿透深度
定义：当导通流过高频电流时，由于趋肤效应导致电流从导通表层流过，此表层的厚度称为穿透深度或趋肤深度，用“Δ”表示
需要说明的是穿透深度指的是导体的半径。
穿透深度跟工作温度，导体的电阻率，导体的相对磁导率以及频率等因素有关
其计算公式为
Δ=65.5/√f（mm）20℃
Δ=76.5/√f（mm）100℃
公式我就不推导了，有兴趣可以参阅相关资料。
由上面的公式不难看出，工作频率越高，导线的穿透深度就越低，所以广大工程师在设计变压器的时候，一定要考虑频率对导线的穿透深度影响。
电流减少，但电流的方向还是不变的，所以产生的磁场方向还是不变的
这里只是解释了集肤效应产生的原理，所以没有提频率的影响，我是这样理解的：频率越高，那么电流变化率越大，就意味着产生磁场强度越强，也就是说产生的涡流对中心的电流阻碍作用就越大，所以就有了一个穿透深度的问题
下面来看临近效应
定义：
当两个相邻导体流过方向相反的电流时，相互之间会产生磁动势，而磁动势在对方的导体中会产生涡流，此涡流导致导体相互靠近的地方电流加强，而相互远离的地方电流减弱。
由上图可知，临近效应导致导体有部分流过的电流小甚至不流过电流，而有一部分流过的电流则很大，这个会引起很大的热损耗，在导线较粗的情况下尤为明显。
实践证明，临近效应跟绕线的层数密切相关，临近效应随绕线层数的增加呈指数规律增加
关于临近效应的产生原理，赵修科老师有非常详细与精彩的分析
磁性元件的设计中存在太多的不确定因素，比如同样的绕制工艺要求，不同厂家做出来的会有小小的差异，还有磁芯材质的差异，因为不是每个工厂都用得起TDK的磁芯，所以，我认为设计是需要丰富的经验加上实际的调试来确定最终参数。
我一般都是线大概计算下参数，然后在实际中调试，最终确定的参数主要是看调试的效果。
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