关于在高频应用中电感器采用分布气隙方案的分析
一、核心原理：为什么气隙会影响温升 ？
电感的温升主要来自两个方面的损耗：
1. 铜损：线圈电阻引起的焦耳热。
2. 磁芯损耗：磁芯材料在交变磁场作用下产生的磁滞损耗和涡流损耗。
气隙本身不直接产生热量，但它通过改变磁路的工作状态，深刻影响着这两种损耗的大
小和分布。
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气隙如何影响磁芯损耗
集中式大气隙：在一个地方开一个大气隙。
磁场集中：
气隙处磁阻非常大，根据“磁路欧姆定律”，磁动势（安匝数）主要降落在气隙上。这导致气隙边缘及其附近的磁芯区域存在非常高度集中且畸变的磁场（边缘效应）。
局部高磁通密度：
这些区域的局部磁通密度可能远高于磁芯其它部分的平均值。
后果：
磁芯损耗与磁通密度的平方（涡流损耗）甚至更高次方（磁滞损耗）成正比。因此，这些局部热点会产生巨大的损耗，导致该区域温度急剧升高，进而加热整个磁芯和线圈。
分布式小气隙：将总气隙长度平均分成多个小气隙，并分散布置在整个磁路中。
磁场均匀化：
每个小气隙的磁阻相对较小，磁动势均匀地分布在整个磁路上。
降低局部峰值：
有效避免了磁场在单一区域的极端集中，使磁芯内部的磁通分布更加均匀和平滑。
后果：
整体磁芯的峰值磁通密度显著降低，虽然总气隙长度相同，但由局部过热引起的磁芯损耗大大降低。
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气隙如何影响铜损
气隙对铜损的影响是间接的。
为了获得相同的电感量，有气隙的磁芯需要更多的线圈匝数。
集中式气隙和分布式气隙在达到相同电感量时，所需的匝数基本相同。
因此，从直流电阻的角度看，两者的铜损差别不大。
但是，在高频下，趋肤效应和邻近效应会显著增加交流电阻。分布式气隙带来的更均匀的磁场分布，有助于减轻线圈中的局部涡流损耗（属于铜损的一部分），从而对降低总铜损也有轻微益处。
二、集中式气隙 VS.分布式气隙
温升对比
三、分布式气隙的其它优势
除了能够有效降低温升，分布式气隙还有以下好处：
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1. 提高能量处理能力
更均匀的磁场分布允许磁芯在整体上承受更高的安匝数而不饱和，从而存储更多能量。
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2. 减少噪音
磁场力与磁通密度的平方成正比。集中式气隙处强大的交变磁场会产生很大的磁致伸缩和麦克斯韦应力，引起磁芯振动和可闻噪音。分布式气隙能有效降低这种噪音。
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3. 提升可靠性
更低且均匀的温度分布减少了热应力，提高了电感长期工作的可靠性。
四、实际应用与实现
分布式气隙的理念在多种磁芯结构中得到应用：
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1. 粉末磁芯
如铁粉芯，Sendust 芯、铁硅铝芯。这类磁芯是分布式气隙的极致体现。它们由微小的磁性颗粒表面包裹绝缘材料后压制而成。颗粒之间的绝缘层就构成了无数个纳米/微米级别的天然分布式气隙。因此，粉末磁芯以其极低的磁芯损耗、高饱和特性
和出色的直流偏置能力而闻名，非常适合用于高频功率电感。
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2.多气隙铁氧体磁芯
在传统的铁氧体磁芯（如 EE、EI、PQ 型）上，通过机械研磨在磁路中心柱或边上制造多个细小的间隙，而不是一个大气隙。
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3.平面电感
在多层 PCB 或使用扁平铜带的平面电感中，也经常采用在磁芯基板上制作多个微小气隙的设计来优化性能。
五、结论
分布式气隙通过使磁场和损耗在磁芯内部分布得更均匀，避免了局部过热点的产生，从而显著降低了电感的整体温升。这是现代高频、大功率开关电源中电感设计的一项关键技术，对于提高功率密度、效率和可靠性至关重要。
在选择电感时，尤其是在高频高温的应用场景下，采用分布式气隙技术（如粉末磁芯）的电感通常是更优的选择。
关于定制分布式气隙
POWERHEN以下几大系列电感器可定制分布式气隙
GPM4233系列
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屏蔽大电流功率电感
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感量范围：3.3uH~470uH
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产品尺寸：39.2*35.8*28mm
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安装类型：插件安装
PD3540系列
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大电流功率电感
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感量范围：6.8uH~47uH
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产品尺寸：36*41*35mm
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