抑制高密度电源转换器邻近金属的涡流效应
2026年07月15日 13:44
在 开关电源 中， 磁元件 发挥着不可或缺的作用，能够让电源在保持高效率和紧凑尺寸的同时，实现储能、电压转换、滤波及隔离等功能。在实际应用中，由于磁芯气隙和边缘效应，漏磁通可能会到达邻近金属，如散热器、衬底中的铜层和其他导体。这些邻近金属会因此产生涡流，从而造成额外的损耗和电感变化。本文使用有限元分析(FEA)研究邻近金属对涡流损耗和电感变化的影响。文章还介绍了多种降低此类影响的方法。
电感是 开关电源 的关键元件，包括耦合电感和跨电感电压调节器(TLVR)。通常使用带有气隙的磁芯来防止磁芯饱和并增强储能能力。磁芯材料的磁导率远高于空气，因此大部分磁通会留在磁芯内，但气隙附近的边缘磁通会导致一些漏磁通进入周围空间。如果附近有金属，这种漏磁通会在其中感应出涡流，从而造成额外损耗并降低效率。效率降低源于额外的涡流损耗和电流纹波的增加。涡流会产生方向相反的磁场，导致电感实质性减小。
为了研究这一问题并探索潜在的解决方案，我们进行了有限元分析(FEA)仿真。图1a展示了一个带有气隙的 磁元件 ，本文将以它为例来阐述相关理论。它包括一个单气隙铁氧体磁芯（灰色）和两个绕组（橙色）。相比之下，图1b在磁芯的上下方添加了两片200 µm厚的铜板（绿色），代表通常位于衬底中的铜层。