磁性器件损耗的分析设计优化（五）
扩散磁通损耗
在设计电感工作时输入的电流波形是一个直流分量叠加一个开关频率的纹波，因此在设计电感时为了在磁芯中瞬间存储能量，磁路中需要有一个较大的磁势，因此一般都需要添加气隙。在磁路设计时，因为磁芯（比如铁氧体）和磁绝缘物质（比如空气）之间的磁导率比例系数大约为10＾3，因此磁通在磁路中并非完全限制在磁芯中，气隙的存在会使这部分散落在空气中的磁通增加。
在含有气隙的电感中，绕组的磁势和气隙的磁势是平衡的，因为绕组的磁势较大，所以气隙的磁势也较大，而且由于气隙和磁芯的磁导率的差异相对较大，磁势主要降落在气隙上面。绕组磁势和气隙磁势的相对位置的不同会导致不同的气隙边缘磁场分布。
高频电感中气隙的添加方式主要有以下几种：
①采用只在中心柱中添加单气隙的方式。这种方法在磁芯窗口中产生的边缘磁通较大，高频时边缘磁通切割绕组导体，在导体上会产生很大的边缘磁通损耗。由于气隙磁势和整个线圈的安匝数相同，因此单气隙周围的磁场会很强，磁芯窗口中的磁场的二维效应特别严重，尤其是气隙附近。
②采用在三个磁芯柱上都添加气隙的方式。在磁路气隙长度一定的情况下，这种方法由于减小了气隙的尺寸，即每个磁芯柱上气隙长度是中柱单气隙的一半，因此每个气隙的磁势是整个线圈安匝数的一半，气隙磁势的降低大大减小了气隙的边缘磁通，因此边缘磁通在导体上造成的损耗会有较大减小，但是这种方式会造成较大的外部散漏磁场，这部分磁场虽然不会造成电感的额外涡流损耗，但是会对周围器件产生一定的电磁干扰。
③采用分布式气隙的方式，即将中柱的大气隙分割成若干个小气隙，而气隙总长度不变的方式。这种方式会减小气隙边缘磁通，从而对减小电感的涡流损耗有益，但此种磁芯需要特殊加工。
④采用均匀分布式气隙。即磁芯中柱使用低磁导率材料，相当于气隙均匀分布在磁芯中，减小了气隙边缘磁通，但是这种方式磁芯需要特殊加工，低磁导率材料在高频时磁芯损耗会比较大，但是这种方式可减小导体的涡流损耗
在下图中分别分析三种不同的电感气隙布置方式对边缘磁通分布的影响。气隙放置在中柱上时的磁通分布如图（a）所示，等效气隙放置在中柱和外侧柱时的磁通分布如图（b）所示，磁芯中柱用均匀分布气隙磁芯代替时的磁通分布如图（c）所示，由图可知：（a）中边缘磁场范围较大 （b）中气隙尺寸减小后，边缘磁场范围减小了一些 （c）中的边缘磁场最小。在（c）中由于气隙和绕组的长度基本相同，因此二者磁势的空间分布的不平衡因素最小，使得这种情况下的气隙边缘磁场最弱，窗口磁场的分量基本上是平行于导体的一维分布，类似于变压器中的漏磁场。
在导体中流过高频电流时，气隙边缘磁场也是高频交变的，因此它会在导体中产生很大的涡流损耗，用有限元方法对此分析非常方便。当采用（a）中的气隙分布时漏在空气中的磁场较小；而（b）中的散落在空气中的外部磁场较大，对外界电磁污染较大； （c）中气隙边缘磁场和外部磁场都比较小，使用时应该根据实际要求折衷考虑。
气隙处于的三种不同位置的电感图示
我们以气隙至磁芯顶部的距离与磁芯中柱高度之比（hg／h）为变量，可得出气隙在不同位置时电感器损耗变化图如下：
损耗随气隙位置变化图参考
由此图可知，气隙在中间时损耗最小，在两端时损耗最大，差别可达100％。这也就是我们通常EE Core用得比EI Core多的一个原因。
扩散磁通与气隙形状有关，与位置关系不大，当然当它在两端时由于磁路长度发生一定变化，还是有所变化的。
