磁芯

无直流偏磁工况下 PWM 波的磁芯损耗模型

发布时间：

2023-08-15

功率变换器中磁元件的励磁波形大多都是PWM 波，不同电路拓扑和不同工况下波形的占空比、频率以及偏磁都存在区别，现有的模型无法满足这些励磁波形下磁元件建模的要求。因此，研究适用于实际复杂励磁波形工况下磁元件的磁芯损耗模型，对功率变换器磁元件磁芯损耗的评估非常有帮助。为此，本文将以无直流偏磁和有直流偏磁工况下的 PWM 波作为磁元件励磁，建立适用于大多数功率变换器工况下的磁芯损耗模型。

本文通过将磁场强度分为可逆磁场强度和不可逆磁场强度，将动态磁滞回线的面积等效成一个椭圆回线的面积，从而找出等效磁场强度与磁通密度 B m 和频率 f 的关系，进而推导出了基于椭圆回线面积等效法的无直流偏磁下 PWM 波励磁的磁芯损耗模型；分析了直流偏磁下磁芯损耗的变化趋势，提出了直流偏置下 PWM 波励磁的磁芯损耗模型。最后，通过磁芯损耗差值测量法，实验验证了无直流偏磁和直流偏磁下的磁芯损耗模型的准确性和有效性。

无直流偏磁工况下 PWM 波的磁芯损耗模型

磁元件磁芯在工况下的动态磁滞回线(B-H 坐标系)的面积代表了一个周期内的单位体积磁芯损耗，但由于不同励磁工况下动态磁滞回线的形状不同，因此很难通过公式直接描述该动态磁滞回线的面积。为了简化其计算过程，将磁场强度分为可逆磁场强度和不可逆磁场强度两部分，则磁滞回线就相对应地分为可逆部分和不可逆部分。曲线 1 为动态磁滞回线，同时反映了磁芯磁化过程的磁场能量和能量损失；曲线 2 为可逆部分，仅体现了磁芯磁化过程的磁场能量；曲线 3 为不可逆部分的椭圆回线，仅体现了磁芯磁化过程的能量损失部分。将动态磁滞回线所包围的面积等效等于曲线3的面积，即将磁芯损耗P h 等效为椭圆回线的面积。