Kernverlust, der im Welligkeitsstrom des Abwärtswandlers erscheint

Kernverlust wird durch Strom verursacht, der in den Magnetkern induziert wird, der effektiv eine Sekundärwicklung mit einem darüber liegenden Widerstand ist.

Da die in diesen „Transformator“ eingehende Spannung eine Rechteckwelle ist, sind der Strom und die Spannung am Kernwiderstand ebenfalls eine Rechteckwelle. Wenn Sie die Steigung entfernen, die durch den Strom verursacht wird, der in die Last des Abwärtswandlers fließt, bleibt diese Rechteckwelle mit niedriger Amplitude übrig.

Hier ist eine LTspice- Simulation, die den Effekt zeigt. L2 und R2 stellen die „Sekundärwicklung“ des Kerns und ihren Widerstand dar (dargestellt als äquivalenter 1:1-Transformator – in Wirklichkeit ist es eine einzelne Windung mit extrem niedrigem Widerstand): –

I(L1) ist der Strom, der durch die Induktivität fließt. V(n002) ist die Spannung über dem Kernwiderstand.

Verluste können durch Wirbelströme verursacht werden. Diese resultieren aus dem sich ändernden Magnetfeld, das Stromflüsse in leitfähigen Partikeln im Kernmaterial induziert. Stellen Sie sich das als winzige sekundäre Wingdings an Ihrem Induktor mit Widerstandslasten vor. Wenn Sie eine Spannung an die Induktorwicklung anlegen, steigt der magnetische Fluss an und induziert eine EMK in der Wicklung, die der angelegten Spannung entgegenwirkt. Außerdem wird in den leitenden Teilleitern Spannung induziert und es fließt ein "sekundärer" Strom. Der von der Wicklung erzeugte Fluss ist proportional zum darin fließenden Strom. Diese Sekundärströme erzeugen ihren eigenen Fluss und reduzieren den Gesamtfluss im Kern. Um den gleichen Kernfluss aufrechtzuerhalten, ist ein größerer Strom in der Wicklung erforderlich, um den Beitrag des wirbelstrominduzierten Flusses zu überwinden. Dies ist genau die Situation, die Sie hätten, wenn Sie eine Sekundärwicklung auf den Induktorkern wickeln und mit einem Widerstand belasten würden. Die Spannung an diesen "Sekundärwicklungen" ist proportional zur Spannung an der realen Induktorwicklung, sodass der "Primärwicklung" ein Strom hinzugefügt wird, der proportional zur angelegten Spannung ist.

Kernverlust ist ein Domänenbewegungs- oder -ausrichtungsphänomen. Bei niedrigeren Frequenzen wird der Verlust durch Hysterese verursacht und ist proportional zur BH-Schleifenfläche. Je höher die Frequenzen werden, desto wichtiger werden Wirbelströme.

Es ist intuitiv sinnvoll, sich den Kernverlust parallel zum Induktor vorzustellen, da der Induktor um den Kern gewickelt ist. Es ist leicht zu erkennen, dass für eine Rechteckspannung, die den Induktorstrom antreibt, der als Verlust hinzugefügte Strom eine Rechteckwelle (der Schritt) ist, zusätzlich zu dem üblichen Hoch- und Herunterfahren des idealen Induktors.

Eine physikalischere Art, darüber nachzudenken, besteht darin, den BH-Schleifenpfad zu visualisieren, wenn der Strom ansteigt und dann abfällt. Für den größten Teil des Pfades ändert sich B stark, während H sich wenig ändert, da die Permeabilität des Kerns hoch ist. Wenn sich der Strom jedoch umkehrt (um mit dem Herunterfahren zu beginnen), kehrt sich der Pfad nicht um, sondern verzweigt sich aufgrund der Hysterese. Wenn es sich verzweigt, gibt es einen Zeitraum, in dem sich H stark ändert, genauso viel oder mehr als B. Tatsächlich ist die Kernpermeabilität für diesen Teil des Pfads niedrig, da H proportional zum Wicklungsstrom ist – dort zeigt sich der Stromschritt. Dies ist bei sehr hochpermigen, quadratischen Schleifenmaterialien viel ausgeprägter als bei Ferriten.

Hier einige BH-Kurven von McLyman als Beispiel:

Sie können sehen, warum dieser Schritt des Kernverluststroms bei Ferritkernen im Vergleich zu quadratischen Materialien mit höherer Perm schwer zu erkennen ist. Bei Induktivitäten ist dies besonders schwer zu erkennen, da es sich normalerweise um Kerne mit niedriger Perm (mit Lücken) handelt.