[编者按]此文对于高频磁性元件（变压器、电感器等）所用的磁性材料作了一个很好的综述，与本期主题内容紧密配合。希望电源技术工作者多写一些这种文章，一定会受到读者的欢迎。 高频磁性元件的磁心材料 CoreMaterialsofHigh－FrequencyMagneticComponent 福州大学李智华罗恒廉费鸿俊（福州350002） 摘要：高频磁性元件作为开关电源的重要组成部分，直接影响着开关电源的效率、体积和成本。而磁心材料在很大 程度上决定着磁性元件的性能。本文对一些磁件常用软磁材料的基本特性进行了概括介绍，并进一步总结了这些材 料的应用。 关键词：开关电源、高频、磁性元件、磁心材料 Abstract:Magneticcomponentsaremajorpartsinswitch－ modepowersupplythataffectitsefficiency,volumeandcost.Inmuchdegree,thecorematerialcandeterminetheperf ormanceofmagneticcomponents.Thepaperintroducedsomekindsofsoft－ magneticmaterialsandgeneralizedtheirusageinhigh－frequencycomponents. Keywords:Switch－modepowersupplyHigh－frequencyMagneticcomponentcorematerial 1引言 高频开关电源作为一种比较新型的直流稳压电源，具有效率高、体积小、重量轻等特点。因此在国际上受到广泛重视，发展迅速，市场前景广阔。目前，开关电源的研究主要集中在两个方面：一个是对小功率开关电源，如何更大程度地提高频率、提高效率、减小体积和成本、实现集成化；另一个是对大功率开关电源，如何提高频率、效率及可靠性。这两个研究方向，都牵涉到开关电源中的基本电磁器件（如图1）的研究和开发，而作为决定电磁器件性能、体积、效率等特性的磁心材料已被广大研究工作者重视。随着材料的组成及生产工艺的改进，性能优良的适于在高频下应用的新型材料和产品不断涌现。本文将对一些在高频下常用材料的性能、特点及其在低频下的使用情况加以介绍，以便今后在磁件的设计、应用过程中，根据需要选择性能价格比更高的磁心材料。 2高频下使用的磁心材料的特点 图1开关电源中的电磁器件 由图1可以看出：开关电源中包含有多种用途的电磁器件，本文以电源变压器为例来说明材料的特性。由于主电源变压器有两种工作情况：即双向激磁状态和单向激磁状态，这里仅以双向激磁的主变压器为例，来叙述适于在高频情况下工作的材料一般应具有的特点。电源变压器磁心的特征参数可以表示为： SCSO=P0(1＋1/η)/KuKeBmfJ 式中：SC——磁心有效截面积（cm2）； SO——磁心窗口面积（cm2）；
安森美半导体 Magnetics in Switched-Mode Power Supplies 开关电源中的磁性元件
Outline 纲要
Block Diagram of a Typical AC-DC Power Supply 一个典型的交流－直流电源的框图 Specification of the Power Supply 电源的技术规格 Key Magnetic Elements in a Power Supply 电源中的关键磁性元件 Review of Magnetic Concepts 磁概念的回顾 Magnetic Materials 磁性材料 Inductors and Transformers 电感和变压器 References 参考文献
Block Diagram of an AC-DC Power Supply 交流－直流电源框图
Input Filter 输入滤波器 Rectifier 整流器 PFC 功率因数
AC Input 交流 输入
Power Stage 原边电源
TransFormer 变压器
Output Circuits 输出电路
DC Outputs (to loads) 直流输出 （至负载）
Specifications (Abbreviated) 技术规格（精简版）
100-Watt Three-Output Power Supply 100瓦3输出电源
Input Voltage: 输入电压： Input Current: 输入电流： Input Harmonics: 输入谐波： Hold-up Time: 保持时间： Inrush Current: 浪涌电流： Outputs: 输出：
OUTPUT VOLTAGE (V) 输出电压(v) 5 3.3 12
90 – 264 Vac, 47-63 Hz 90－264V交流，47－63Hz 2 A maximum. 最大2A。 Meets IEC1000-3-2 A14 for all load conditions. 在所有负载条件下均符合IEC1000-3-2 A14。 20 ms minimum. 最少20ms。 40 A peak at 264 V (cold start) 在264V时40A峰值（冷启动）
OUTPUT CURRENT (A) 输出电流(v) MIN.最小值 MAX.最大值 1.5 10 0.3 5 0.3 3 TOTAL REGULATION 总调整率 2.0% 2.0% 2.0%
RIPPLE (mV pp) 纹波(mV pp) 50 50 100
开关电源中高频磁性元件设计常见 错误概念辨析 开关电源中高频磁性元件设计常见错误概念辨析 作者:吴云飞海南大学96届本科生现任赛尔康技术(深圳)有限公司电源开发工程师 很多电源工程师对开关电源中高频磁性元件的设计存在错误的概念，其设计出来的高频磁性元件不能满足应用场合的要求，影响了研发的进度和项目的按期完成。基于开关电源及高频磁性元件设计经验，对一些概念性错误进行了辨析，希望能给大家提供借鉴，顺利完成高频磁性元件的设计以及整个项目的研制。 关键词：开关电源；高频磁性元件；错误概念 1 引言 开关电源中高频磁性元件的设计对于电路的正常工作和各项性能指标的实现非常关键。加之高频磁性元件设计包括很多细节知识点，而这些细节内容很难被一本或几本所谓的“设计大全”一一罗列清楚[1－3]。为了优化设计高频磁性元件，必须根据应用场合，综合考虑多个设计变量，反复计算调整。正由于此，高频磁性元件设计一直是令初涉电源领域的设计人员头疼的难题，乃至是困扰有多年工作经验的电源工程师的问题。很多文献及相关技术资料给出的磁性元件设计方法或公式往往直接忽略了某些设计变量的影响，作了假设简化后得出一套公式；或者并未交代清楚公式的应用条件，甚至有些文献所传达的信息本身就不正确。很多电源设计者并没有意识到这一点，直接套用设计手册中的公式，或把设计手册中某些话断章取义，尊为“设计纲领”，而没有进行透彻的分析和思考，以及实验的验证。其结果往往是设计出来的高频磁性元件不能满足应用场合的要求，影响了研发的进度和项目的按期完成。为了使电源设计者在设计过程中，避免犯同样的错误，为此，我们针对在学习和研发中遇到的一些概念性的问题进行了总结，希望能给大家提供一个借鉴。 2 一些错误概念的辨析这里以小标题形式给出开关电源高频磁性元件设计中8种常见的错误概念，并加以详细的辨析。 1）填满磁芯窗口——优化的设计很多电源设计人员认为在高频磁性元件设计中，填满磁芯窗口可以获得最优设计，其实不然。在多例高频变压器和电感的设计中，我们可以发现多增加一层或几层绕组，或采用更大线径的漆包线，不但不能获得优化的效果，反而会因为绕线中的邻近效应而增大绕组总损耗。因此在高频磁性元件设计中，即使绕线没把铁芯窗口绕满，只绕满了窗口面积的25％，也没有关系。不必非得想法设法填满整个窗口面积。这种错误概念主要是受工频磁性元件设计的影响。在工频变压器设计中，强调铁芯和绕组的整体性，因而不希望铁芯与绕组中间有间隙，一般都设计成绕组填满整个窗口，从而保证其机械稳定性。但高频磁性元件设计并没有这个要求。 2）“铁损=铜损”——优化的变压器设计很多电源设计者，甚至在很多磁性元件设计参考书中都把“铁损=铜损”列为高频变压器优化设计的标准之一，其实不然。在高频变压器的设计中，铁损和铜损可以相差较大，有时两者差别甚至可以达到一个数量级之大，但这并不代表该高频变压器设计不好[4]。这种错误概念也是受工频变压器设计的影响。工频变压器往往因为绕组匝数较多，所占面积较大，因而从热稳定、热均匀角度出发，得出“铁损=铜损”这一经验设计规则。但对于高频变压器，采用非常细的漆包线作为绕组，这一经验法则并不成立。在开关电源高频变压器设计中，确定优化设计有很多因素，而“铁损=铜损”其实是最少受关注的一个方面。 3）漏感=1％的磁化电感很多电源设计者在设计好磁性元件后，把相关的技术要求提交给变压器制作厂家时，往往要对漏感大小要求进行说明。在很多技术单上，标注着“漏感=1％的磁化电感”或“漏感<2％的磁化电感”等类似的技术要求。其实这种写法或设计标准很不专业。电源设计者应当根据电路正常工作要求,对所能接受的漏感值作一个数值限制。在制作变压器的过程中，应在不使变压器的其它参数（如匝间
电源中的磁性元件一般就是指电感与变压器，这里我们这种讨论初次级隔离的变压器，因为这种变压器在开关电源中应用最为广泛。 变压器的作用大致是提供初次级的电气隔离，使输出电压或升或降，传送能量；变压器设计的好坏直接关系到整个电源系统的安规，EMC，效率，温升，输出的电气性能参数，寿命，可靠性，甚至会导致系统的崩溃。 升压的做过，但经验不多，说说个人的理解，不一定对，权作参考与讨论之用。 升压变压器的难点，楼上已经指出来了，因为绕组的圈数太多，漏感与分布电容很难两全其美；这个时候我觉得应该从以下几个方面着手： 1、在选择变压器的时候，如果结构尺寸允许的话，我们尽量选择高长型（立式）或窄长（卧式）型的，因为这种变压器单层绕线圈数多，可以有效降低绕线的层数，增加初次级的耦合，减小层间电容。 2、优化绕线顺序，使初次级能增减耦合面积；曾经用过这种绕法：1/3次级--1/2初级--1/3次级--1/2初级--1/3次级，结果表明此种绕法漏感可以小很多。 当然这种变压器绕制工艺稍显复杂，成本稍高，但还是可以接受。 3、层间电容大家都知道，每层之间加黄胶带，便可减少层间电容。 当然这些措施都是在考虑安规与EMC的情况下，做出的改进；对于升压电源，漏感与层间电容如果处理不好很容易引起振荡，使电源的EMC不好过，效率不高，有时会莫名其妙的炸MOS管（我实际碰到过的情况）。 我们知道变压器的损耗分为铁损与铜损，先来说说铁损吧。 变压器的铁损包括三个方面： 一是磁滞损耗，当交流电流通过变压器时，通过变压器磁芯的磁力线其方向
和大小随之变化，使得磁芯内部分子相互摩擦，放出热能，从而损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗。 二是涡流损耗，当变压器工作时。磁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流。涡流的存在使磁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗。 三是剩余损耗，在磁芯磁化或反磁化的过程中，磁化状态并不是随磁化强度变化而立即变化，有个滞后时间，滞后效应便是引起剩余损耗的原因。 从铁损包含的三个个方面的定义上看，只要控制磁力线的大小便可降低磁滞损耗，减少磁芯与磁力线垂直的面积可以减少涡流损耗。 赵老师在《开关电源中磁性元器件》一书中指出： 由上面的话可以看出，在磁芯材质与形状，体积等都确定的情况下，变压器的铁损与变压器的工作频率以及磁感应强度摆幅deltB成正比。 磁滞在低场下可以不予考虑，涡流在低频下也可忽略，剩下的就是剩余损耗。在磁感应强度较高或工作频率较高时，各种损耗互相影响难于分开。故在涉及磁损耗大小时，应注明工作频率f以及对应的Bm值。但在低频弱场下，可用三者的代数和表示：tanδm= tanδh+tanδf+tanδr。式中tanδh tanδf tanδr 分别为：磁滞损耗角正切，涡流损耗角正切，剩余损耗角正切。各种损耗随频率的变化关系如图。
磁性元件磁性元件生产生产生产规范规范 编号编号编号：： 版本版本版本: 1.0: 1.0: 1.0 变压器概述 5.1.1 变压器（transformer）：指变换电能以及把电能从一个电路传递到另一 个电路的静止电磁装置称为变压器； 5.1.2 在电路中变压器表示符号为： 5.1.3 transformer 的作用: 在电子线路中起着升压，降压，隔离，变频，储能， 滤波等作用，特殊情况也可以当作电感用； 5.1.4 transformer 种类：高频，低频，线圈，滤波器，圆盘，PFC…… 5.1.5 transformer 一般由：Bobbin，Core，Wire(Triple wire)，Tape， Margintape，Tube，Varnish，Epoxy……材料组成。 针对transformer 其主要材料：Bobbin，Core，Tape，Margintape ，Wire (Triple wire)，Tube 作简单介绍。
TRANSFORMER材料简介 5.2.1 BOBBIN简介 5.2.1.1 BOBBIN作用： 模型的作用顾名思义,BOBBIN(线架也叫骨架)在变压器中起支撑COIL的作用。 5.2.1.2BOBBIN材质分类：依据变压器的性质要求不同,按材质分为:热塑性材料,热固性材料. 热塑性材料常用的有尼龙(NYLON),塑胶(PET),塑胶( PBT)等. 热固性材料常用到的有电木(PM9820/9830/9850/9630/8375,T375J等) 5.2.1.3 依据变压器的形状不同,BOBBIN又分为立式,卧式,子母式,抽屉式,单格,双格…… APD常用形状为立式和卧式. 5.2.1.4 PIN1的识别方式： 大部分的制造厂都会在PIN1上有所区别，如斜角、凹角、不同PITCH (PIN距)、BOBBIN顶端 有一圆凸点、直接在PIN旁标上数字、两边PIN数不相同（一边5PIN,另一边6PIN）PIN位数 法为从PIN1顺时针方向数.
变压器中磁性元件的 损耗详解
变压器中磁性元件的损耗详解 今天我们来讨论下电源电路中磁性元件的损耗。 电源中的磁性元件一般就是指电感与变压器，这里我们这种讨论初次级隔离的变压器，因为这种变压器在开关电源中应用最为广泛。 变压器的作用大致是提供初次级的电气隔离，使输出电压或升或降，传送能量；变压器设计的好坏直接关系到整个电源系统的安规，EMC，效率，温升，输出的电气性能参数，寿命，可靠性，甚至会导致系统的崩溃。 升压的做过，但经验不多，说说个人的理解，不一定对，权作参考与讨论之用。
升压变压器的难点，楼上已经指出来了，因为绕组的圈数太多，漏感与分布电容很难两全其美；这个时候我觉得应该从以下几个方面着手： 1、在选择变压器的时候，如果结构尺寸允许的话，我们尽量选择高长型（立式）或窄长（卧式）型的，因为这种变压器单层绕线圈数多，可以有效降低绕线的层数，增加初次级的耦合，减小层间电容。 2、优化绕线顺序，使初次级能增减耦合面积；曾经用过这种绕法：1/3次级--1/2初级--1/3次级--1/2初级--1/3次级，结果表明此种绕法漏感可以小很多。 当然这种变压器绕制工艺稍显复杂，成本稍高，但还是可以接受。
3、层间电容大家都知道，每层之间加黄胶带，便可减少层间电容。 当然这些措施都是在考虑安规与EMC的情况下，做出的改进；对于升压电源，漏感与层间电容如果处理不好很容易引起振荡，使电源的EMC不好过，效率不高，有时会莫名其妙的炸MOS管（我实际碰到过的情况）。 我们知道变压器的损耗分为铁损与铜损，先来说说铁损吧。 变压器的铁损包括三个方面： 一是磁滞损耗，当交流电流通过变压器时，通过变压器磁芯的磁力线其方向和大小随之变化，使得磁芯内部分子相互摩擦，放出热能，从而损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗。
2014年磁性材料元件行业简析 一、磁性材料与器件行业所处生命周期和行业规模 (2) 二、行业监管体制和产业政策 (3) 1、铁氧体磁性材料相关政策 (3) 2、磁性材料电子元器件相关政策 (4) 三、行业市场规模及风险特征 (4) 1、家电零部件行业市场规模 (4) 2、行业基本风险 (6) （1）受宏观经济因素影响，人民币升值、劳动力成本上升将挤压行业利润空间 (6) （2）行业集中度不够导致产品质量参差不齐，竞争力弱 (6) （3）原材料压力风险 (7) （4）技术进步风险 (7) （5）市场拓展及维护风险 (8) 四、行业竞争格局 (8) 五、行业壁垒 (8) 1、技术壁垒 (8) 2、产品认证资质壁垒 (8) 3、供应商资格壁垒 (9)
与器件细分行业。行业协会为中国电子元件行业协会下属磁性材料与器件分会。 工业生产和应用的磁性材料有铸造磁体、软磁铁氧体、永磁铁氧体、稀土永磁四大类。软磁铁氧体由于其优越的性价比，是品种最多和应用最广的磁性材料，由其制备的电子元器件，主要功能分为信号传输、能量转换、抗电磁干扰或电磁兼容等三大类，广泛应用于家用电器、网络通讯、汽车电子、航天军工等诸多领域。 随着电子设备向高效率化和小型化，高可靠和高稳定性方向发展，传统和新兴的应用市场对软磁铁氧体材料提出了更高的要求，软磁铁氧体材料向低损耗、高饱和磁通密度、高磁导率的方向发展，而温敏元器件则需要具有更高和更宽的工作频率、更宽的工作温度范围、更高的阻抗以及更低的总谐波失真。 一、磁性材料与器件行业所处生命周期和行业规模 磁性材料与器件细分行业属于成长期向成熟期转化过程，部分产品进入成熟期，部分产品还具有成长性。受技术进步的推动，产品的更新换代节奏也比较快。 铁氧体磁性材料凭借稳定的性能，广泛应用于高频弱电领域，是家用电器温敏器件的重要材料；高性能稀土永磁材料由于上游原材料管控影响，产量受到抑制且成本升高，而铁氧体凭借高性价比优势将获得更大发展空间；随着国内下游应用产业如家用电器、电子、汽车、玩具、电声器件等逐步发展为全球生产消费第一规模，带动铁氧体产
几种常用磁性器件中磁芯的选用及设计 开关电源中使用的磁性器件较多，其中常用的软磁器件有：作为开关电源核心器件的主变压器（高频功率变压器）、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。不同的器件对材料的性能要求各不相同，如表所示为各种不同器件对磁性材料的性能要求。 （一）、高频功率变压器 变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。变压器的设计公式如下： P=KfNBSI×10-6T=hcPc＋h W P W 其中，P为电功率；K为与波形有关的系数；f为频率；N为匝数；S为铁芯面积；B为工作磁感；I为电流；T为温升；P c为铁损；P W为铜损；h c和h W为由实验确定的系数。 由以上公式可以看出：高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积重量。但B值的增加受到材料的Bs值的限制。而频率f可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小。而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过来又影响使用频率和工作磁感的选取。一般来说，开关电源对材料的主要要求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里温度和好的温度稳定性，有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感、稳定性好，价格低。单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限，对材料磁性的要求有别于前述主变压器。它实际上是一只单端脉冲变压器，因而要求具有大的B＝Bm－Br，即磁感
Bm和剩磁Br之差要大；同时要求高的脉冲磁导率。特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储能要求。 线圈储能的多少取决于两个因素：一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L，另一个是工作磁场Hm或工作电流I，储能W＝1/2LI2。这就要求材料有足够高的Bs值和合适的磁导率，常为宽恒导磁材料。对于工作在±Bm之间的变压器来说，要求其磁滞回线的面积，特别是在高频下的回线面积要小，同时为降低空载损耗、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适的为封闭式环形铁芯，其磁滞回线见图所示，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。 通常，金属晶态材料要降低高频下的铁损是不容易的，而对于非晶合金来说，它们由于不存在磁晶各向异性、金属夹杂物和晶界等，此外它不存在长程有序的原子排列，其电阻率比一般的晶态合金高2－3倍，加之快冷方法一次形成厚度15-30微米的非晶薄带，特别适用于高频功率输出变压器。已广泛应用于逆变弧焊电源、单端脉冲变压器、高频加热电源、不停电电源、功率变压器、通讯电源、开关电源变压器和高能加速器等铁芯，在频率20－50kHz、功率50kW以下，是变压器最佳磁芯材料。 近年来发展起来的新型逆变弧焊电源单端脉冲变压器，具有高频大功率的特点，因此要
磁性材料与器件结课论文 电科1303班白晋轩 2013016078 这个学期我因为兴趣原因选择了磁性材料与器件这门选修课，经过一个学期的学习与交流，有了很多感悟与心得，很感谢王维老师的精彩教学，让我经历了一个充实而又有趣的课程学习 磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料，人们对物质磁性的认识源远流长，据传说，公元前P 世纪黄帝大战蚩尤于涿鹿，迷雾漫天，伸手不见五指，黄帝利用磁石指南的特性，制备了能指示方向的原始型的指南器，遂大获全胜&古时的磁石为天然的磁铁矿，其主要成分为Fe3O4，古代取名为慈石，所谓“慈石吸铁，母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互作用磁性材料的进展大致上分几个历史阶段：当人类进入铁器时代，除表征生产力的进步外，还意味着金属磁性材料的开端，直到18世纪金属镍、钴相继被提炼成功，这一漫长的历史时期是3d过渡族金属磁性材料生产与原始应用的阶段；20世纪初期磁性合金人工制备成功，并广泛地应用于电力工业、电机工业等行业，成为3d过渡族金属磁性材料的鼎盛时期，从此以后，电与磁开始了不解之缘；20世纪后期，从50年代开始，3d过渡族的磁性氧化物（铁氧体）逐步进入生产旺期，由于铁氧体具有高电阻率，高频损耗低，从而为当时兴起的无线电、雷达等工业的发展提供了所必需的磁性材料，标志着磁性材料进入到铁氧体的历史阶段；1967年，SmCo合金问世，这是磁性材料进入稀土-3d; 过渡族化合物领域的历史性开端1983年，高磁能积的钕铁硼稀土永磁材料研制成功，现已誉为当代永磁王TbFe2巨磁致收缩材料与稀土磁光材料的问世更丰富了稀土-3d过渡族化合物磁性材料的内涵1972年的非晶磁性材料与1988年的纳米微晶材料的呈现，更添磁性材料新风采1988年，磁电阻效应的发现揭开了自旋电子学的序幕- 因此从20世纪后期延续至今，磁性材料进入了前所未有的兴旺发达时期，并融入到信息行业，成为信息时代重要的基础性材料之一- 磁性材料应用十分广泛，品种繁多，存在以下多种分类方式- 按物理性质分类：（1）按静磁特性：即根据静态磁滞回线上的参量，如矫顽力、剩磁等来确定磁性材料的类型- 例如：永磁属高矫顽力一类磁性材料；软磁属低矫顽力的一类磁性材料；矩磁属高剩磁、低矫顽力的一类磁性材料；磁记录介质属于中等矫顽力同时，具有高剩磁的一类磁性材料，而磁头却要求低矫顽力、高饱和磁化强度-（2）按交叉耦合效应：分为磁光、磁热、磁致收缩、旋磁、吸波材料- 按反常霍尔效应：分为铁电E 铁磁、巨磁阻抗材料等-（3）按与自旋相关的输运性质：有自旋电子学材料- 按化学组成分类：可分为金属（合金）、无机（氧化物）、有机化合物以及其复合磁性材料按维度分类：可分为纳米（零维、一维、二维）、颗粒膜、非晶、纳米微晶、块体磁性材料 按磁有序结构分类：可分为铁磁、亚铁磁、反铁磁、超顺磁材料 按应用分类：可分为永磁、软磁、磁记录、旋磁、磁致收缩、磁传感器、隐身、磁制冷等材料 这是磁性材料领域的最基础的知识，我印象深刻，整个教学中除了老师的授课外还有我们学生自己成立小组讨论学习感兴趣的内容并上台讲述，整个过程也是让人难以忘怀，感谢老师能给我们这样一个展示自我的机会。
磁性元器件思考题 1. 有一根导线直径d ＝1cm ，置于空气中，流过电流5安培，请问 在垂直于导线的平面上，距离导线中心5cm 圆周上，磁场强度 H =？B =?（分别用MKS 和CGS 表示）？标出磁场强度方向。 以导线中心为圆心的直径0.5cm 处磁场强度H=? 2. 环尺寸如题图2(b)，左边线圈流入2A 电流，右边线圈流入1A 电流（题图2(a)），磁导率μr =1000。请问磁芯中磁场强度H =?, 磁感应强度B=? 3. 题图1与导线同心放置一个磁导率μr =1000的磁环。环的内径 d =4cm,外径D =6cm,高h =1cm 。请问磁芯中H ＝? B =? φ=?(分 别用MKS 和CGS 单位表示) 4. 有一个磁环如题图2(b)，不知道其磁导率是多少。磁环尺寸内 径d =4cm,外径D =6cm, 高h =1cm 。在环上绕了20匝线圈，测 量得到电感量为10μH ，请求出磁环材料的相对磁导率和绝对 磁导率。在CGS 中磁导率是多少？如果给20匝线圈流过0.5A 电流，线圈的总磁链是多少？ 5. 一个磁环的相对磁导率为3000,外径、内径和高分别为38.1mm 、 25.4mm 和19.05mm 。求40匝线圈的电感量。 6. 证明一个气隙磁芯电感的气隙长度δ与磁路长度l c 之比为 ???? ??-=c c c H l Ni B l 0μδ 7. 一个变压器上有3个线圈，测得一个变压器上两个线圈的电感分别为L 1=0.2mH 、L 2=50μH ， L 3=2μH 。L 3的匝数为3匝,请问L 1 、L 2 的匝数为多少？将L 1与L 2串联测量总电感，L 1再颠倒一次与L 2串联测量一次，分别测得电感量为435μH 和50μH,请问两个线圈之间的互感M ＝？耦合系数k =? 8. 能否列举两种以上判断同名端的方法。请说出判断方法的原理。 9. 请证明两个耦合线圈并联等效电感公式（2-17）。 10. 如果一个变压器不知道初级和次级匝数。有人想法在变压器线圈上增绕了5匝线圈，他通过测 量就知道初级和次级匝数和同名端。你能想像他是如何测量的？说出他可能用那些方法测量？说出每种测量原理？ 11. 一个工频变压器变比n =5，初级电压为220V ，次级直接接到一个电阻负载，次级电流I 2＝10A 。 初级电流为2.05A 。如果忽略导线电阻，请问变压器的激磁电流I m =?激磁电感L m ＝？ 12. 什么是漏感？如何测试线圈之间的漏感？ 13. 给一个50μH 电感加宽度为10μs ，幅度为50V 的脉冲，电感初始电流为零。问脉冲终了时电感电流多大？电感中此时存储多少能量？ 14. 为何大多数电感磁芯一定要开气隙？ 15. 磁路和电路有何不同？ 16. 有一电感磁路如题图16所示。磁芯相对磁导率μr ＝2000,线圈共20匝，气隙δ＝1mm ，如忽略边缘磁通，请画出等效磁路图。计算磁芯和气隙磁阻。当线圈通过1A 电流，分别计算磁芯和气隙中磁通和磁场强度。计算20匝线圈电感量。 题图2(a) 题图2(b) 尺寸为cm 题图16
开关电源中磁性元器件磁元件思考题
磁性元器件思考题 1. 有一根导线直径d ＝1cm ，置于空气中，流过电流5安 培，请问在垂直于导线的平面上，距离导线中心5cm 圆周上，磁场强度H =？B =?（分别用MKS 和CGS 表示）？标出磁场强度方向。以导线中心为圆心的直径0.5cm 处磁场强度H=? 2. 环尺寸如题图2(b)，左边线圈流入2A 电流，右边线圈 流入1A 电流（题图2(a)），磁导率μr =1000。请问磁芯中磁场强度H =?,磁感应强度B=? 3. 题图1与导线同心放置一个磁导率μr =1000的磁环。环 的内径d =4cm,外径D =6cm,高h =1cm 。请问磁芯中H ＝? B =? φ=?(分别用MKS 和CGS 单位表示) 4. 有一个磁环如题图2(b)，不知道其磁导率是多少。磁环尺寸内径d =4cm,外径 D =6cm, 高h =1cm 。在环上绕了20匝线圈，测量得到电感量为10μH ，请求出磁环材料的相对磁导率和绝对磁导率。在CGS 中磁导率是多少？如果给20匝线圈流过0.5A 电流，线圈的总磁链是多少？ 5. 一个磁环的相对磁导率为3000,外径、内径和高分别为38.1mm 、25.4mm 和 19.05mm 。求40匝线圈的电感量。 6. 证明一个气隙磁芯电感的气隙长度δ与磁路长度l c 之比为 ??? ? ??-= c c c H l Ni B l 0μδ 7. 一个变压器上有3个线圈，测得一个变压器上两个线圈的电感分别为L 1=0.2mH 、 L 2=50μH ，L 3=2μH 。L 3的匝数为3匝,请问L 1 、L 2 的匝数为多少？将L 1与L 2串联 题图2(a) h 题图2(b)
1电磁学基本概念及公式 (3) 1.1 基本概念 (3) 1.2 基本公式 (4) 2磁元件的基本特性 (4) 2.1 磁滞效应（H YSTERESIS E FFECT）： (4) 2.2 霍尔效应（H ALL E FFECT）： (5) 2.3 临近效应（P ROXIMITY E FFECT） (5) 2.4 磁材料的饱和 (6) 2.5 磁芯损耗 (6) 3电感磁芯的分类及特点 (7) 3.1 磁芯材料的分类及其特点 (7) 3.1.1铁氧体（Ferrite） (7) 3.1.2硅钢片（Silicon Steel） (8) 3.1.3铁镍合金（又称坡莫合金或MPP） (8) 3.1.4铁粉芯（Iron Powder） (8) 3.1.5铁硅铝粉芯（又称Sendust或Kool Mu） (8) 3.2 磁芯的外形分类： (8) 3.3 电感的结构组成 (9) 3.3.1环型电感 (9) 3.3.2EE型电感/变压器 (10) 3.4 电感的主要类型： (10)
3.5 电感磁芯主要参数说明 (11) 4电感在UPS中的应用 (12) 5电感设计的原则 (14) 5.1 原则一：电感不饱和（感值下降不超出合理范围） (14) 5.2 原则二：电感损耗导致的温升在允许的范围内（考虑使用寿命） (17) 5.3 原则三：电感的工艺要求可以达成 (19) 6电感设计规范表 (21)
目的 磁性元件的设计是开关电源设计中的重点和难点，究其原因是磁性元件属非标准件，其设计时需考虑的设计参数众多，工艺问题也较为突出，分布参数复杂。为帮助硬件工程师尽快了解磁性元件，优化设计并减少设计中的错误，特制定此规范。 1电磁学基本概念及公式 1.1基本概念 1）磁通：穿过磁路的磁力线的总数，以Ф表示，单位韦伯（Wb）。 2）磁通密度（磁感应强度）：垂直于磁力线的方向上单位面积的磁通量， 以B表示，单位高斯（Gauss）或特斯拉（T），1 T=104 Gauss。 3）磁场强度：单位磁极在磁场中的磁力，以H表示，单位安[培]每米（A/m）或奥斯特（Oe），1 Oe=103/4πA/m。 4）磁导率：磁通密度与磁场强度之比，以μ表示，实际使用中通常指相对 于真空的磁导率，真空中的磁导率μ0 =4π×10-7 H/m。 5）磁体：磁导率远大于μ0的物质，如铁，镍，钴及其合金或氧化物等。 6）居里温度点：磁体在温度升高时，其磁导率下降，当温度高到某一点时，磁性基本消失，此温度称为居里温度点。 7）磁势：建立磁通所需之外力，以F表示。 8）自感：磁通变化率与电流变化率之比称自感，以L表示。 9）互感：由于A线圈电流变化而引起B线圈磁通变化的现象，B线圈的磁通变化率与A线圈的电流变化率之比称为A线圈对B线圈的互感，以 M表示。
平板磁性元件介绍
目录 一、平板磁性元件的特点 二、平板磁性元件介绍 三、平板磁性元件主要材料
1、产品成平板状，高度小、体积小、高工作频率、高功率密度，符合电源模块化发展。 一个高功率密度变换器需要一个尺寸、体积都较小的磁性元件，而平板磁性元件能够满足这一设计需求。平板磁性元件常用工作频率为 100~500KHz,最高可达2MHz,大大降低了产品绕组的匝数，从而可以实现绕组采用印刷电路板或预制平面铜皮等结构。平板磁性元件体积只有传统产品的50%左右，高度相当于传统的20%~40%。因为平板磁性元件体积小，效率高，其还可以和半导体器件紧密封装在一起，实现高功率密度。
2、漏磁小、漏感低。 对于变压器而言，初级绕组所产生的磁通并没有全部穿过次级绕组，于是就产生了漏感，电磁耦合的程度直接影响了漏感的大小及产品的稳定性。平板变压器体积小、工作频率高、匝数少，一般采用三明治结构，所以其耦合好，漏感不到初级电感的0.3%，远远小于传统变压器。
3、具有较小的高频交流电阻。 传统变压器或电感一般采用铜线或铜皮绕组，且匝数较多，较大漏磁、趋肤效应和邻近效应会导致每个绕组在高频下交流电阻较大，从而会导致产品铜损加大。平板磁性元件结构（低漏感、低匝数、扁平线圈或多层线路板）能够有效的避免，从而降低高频交流电阻。
4、损耗小、散热好、效率高。 平板磁性元件工作频率远远高于传统产品，只有传统产品的50%左右，且产品耦合良好，从而大大减小了产品的铁损和铜损；另、其结构紧密、表面散热极佳，能够有效控制产品温升；平板变压器最高效率能够达到99%。
第二部分 开关电源中磁元件 第五章 变换器中磁芯的工作要求 在功率变换中，应用了多种磁性元件：如脉冲、功率变压器，交、直流滤波电感，交、直流互感器，EMC 滤波电感以及谐振和缓冲吸收电感等。但就磁芯工作状态主要分为四种，其代表性功率电路—Buck 变换器滤波电感、正激、推挽变压器和磁放大器中磁元件磁芯就属于这四种工作状态. 5.1 Ⅰ类工作状态－Buck 变换器滤波电感磁芯 图5.1(a)所示为输出与输入共地的Buck 变换器的基本电路。输出由R 1和R 2取样，与基准U r 比较、误差放大，然后与三角波比较，输出PWM 信号，去控制功率开关S 的导通时间。假设电路进入稳态，U o 为常数，L 为线性电感。开关S 闭合时，输入电压U i 与输出电压U o 之差加到电感L 上(图5.1(b))，续流二极管D 截止，电感中电流线性增长(图(d))，直至开关打开前，电感存储能量。当开关打开时，电感中电流趋向减少，电感产生一个反向感应电势，试图维持原电流流通方向，迫使二极管D 导通，将电感中的能量传输到输出电容和负载，电感放出能量，电感电流线性下降。电感电流增加量（ΔI =(U i - U o )T on /L ）应当等于减少量（U o T of /L ）,由此得到U o ＝T on U i /T =DU i 。 通过改变功率开关的占空度D ，就可以控制每个周期导通期间存储在电感中的能量，从而控制了变换器的输出电压。 图 5.1(d)中，电感电流在整个周期内流通（可以过零或反向），电感这种状态称为电流连续状态。电感电流的平均值，即纹波的中心值等于输出电流I o 。当输出电流下降时，电感电流的变化率没有改变，斜坡的中心值在下降。当输出电流达到变化量的一半时，斜坡的起始端达到零(图5.1(d)中虚线三角波)。这种工作状态称为电感电流临界连续。 如果再继续减少负载电流，即增大负载电阻，输出电压将要增加。负反馈电路使得功率开关导通时间减少，以保持输出电压稳定。虽然电流变化率不变，电流变化量减少。因此，在下一个导通时间到来之前电感电流已下降到 零。电感电流开始断续(图5.2)。此时，为了保持输出电压 稳定，占空度随负载电流变化很大。 在电感电流断续前，一直保持U o =DU i (D =T on /T －占空度)。由于功率开关导通压降和线圈电阻压降随输出电流减 少，导通时间轻微地改变。进入断续以后，U o =DU i 不再成立。 U (b) i (c) t i L (φo (d) 图 5.1 基本Buck 变换器及其波形图 U i 图5.2 电感电流断续波形
你了解开关电源上各个电子元件的作用吗 认识你的 以往在采购配件时，是最容易被忽视的组件之一，不过其各路电压输出规格、电压稳定性、发生异常时的保护性却有相当重要的地位，因为主机内所有配件的所需电力均需由供应器供应，同时随着各硬件于不同状态下的耗电量去调节输出负载，又要兼顾长时间操作及全载输出的稳定性，而发生故障时或是负载产生异常，保护系统须立即介入，以避免过电压/电流造成装置损坏；对于全球能源吃紧，新款供应器除了上述特性外，也开始讲求提高转换效率，例如80PLUS就是代表供应器通过高效率认证的标章之一。 常见的用的功能是将输入的交流市电(AC110V/220V)，经过隔离型交换式降压电路转换出各硬件所需的各种低压直流电：、5V、12V、-12V及提供关闭时待命用的5V Standby(5VSB)。所以内部同时具备了耐高压、大功率的组件以及处理低电压及控制信号的小功率组件。 转换流程为交流输入→EMI滤波电路→整流电路→功率因数修正电路(主动或是被动PFC)→功率级一次侧(高压侧)开关电路转换成脉流→主要变压器→功率级二次侧(低压侧)整流电路→电压调整电路(例如磁性放大电路或是-转换电路)→滤波(平滑输出纹波，由电感及电容组成)电路→管理电路监控输出。
以下从交流输入端EMI滤波电路常见的组件开始介绍。 交流电输入 ■ 交流电输入 此为交流电从外部输入的第一道关卡，为了阻隔来自电力在线干扰，以及避免运作所产生的交换噪声经电力线往外散布干扰其它用电装置，都会于交流输入端安装一至二阶的EMI(电磁干扰)Filter(滤波器)，其功能就是一个低通滤波器，将交流电中所含高频的噪声旁路或是导向接地线，只让60Hz左右的波型通过。 上面照片中，中央为一体式EMI滤波器，滤波电路整个包于铁壳中，能更有效避免噪声外泄；右方的则是以小片电路板制作EMI滤波电路，通常使用于无足够深度安装一体式EMI
开关电源使用的磁性器件中磁芯的选用及设计 开关电源中使用的磁性器件较多，其中常用的软磁器件有：作为开关电 源核心器件的主变压器(高频功率变压器)、共模扼流圈、高频磁放大器、滤 波阻流圈、尖峰信号抑制器等。不同的器件对材料的性能要求各不相同。 ?(一)、高频功率变压器 ?变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。变压器的设计公式如下： ?P=KfNBSI×10-6T=hcPc+hWPW ?其中，P为电功率;K为与波形有关的系数;f为频率;N为匝数;S为铁芯面积; B为工作磁感;I为电流;T为温升;Pc为铁损;PW为铜损;hc和hW为由实验确 定的系数。 ?由以上公式可以看出：高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积 重量。但B值的增加受到材料的Bs值的限制。而频率f可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显着减小。而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过 来又影响使用频率和工作磁感的选取。一般来说，开关电源对材料的主要要 求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里 温度和好的温度稳定性，有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感、稳 定性好，价格低。单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限，对材 料磁性的要求有别于前述主变压器。它实际上是一只单端脉冲变压器，因而 要求具有大的B=Bm-Br，即磁感Bm和剩磁Br之差要大; 同时要求高的脉冲磁导率。特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储 能要求。 ?线圈储能的多少取决于两个因素：一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L，另一个是工作磁场Hm或工作电流I，储能W=1/2LI2。这就要求材料有
磁性元件项目规划设计方案 规划设计/投资分析/产业运营
承诺书 申请人郑重承诺如下： “磁性元件项目”已按国家法律和政策的要求办理相关手续，报告内容及附件资料准确、真实、有效，不存在虚假申请、分拆、重复申请获得其他财政资金支持的情况。如有弄虚作假、隐瞒真实情况的行为，将愿意承担相关法律法规的处罚以及由 此导致的所有后果。 公司法人代表签字： xxx科技发展公司（盖章） xxx年xx月xx日
项目概要 随着我国高新电子技术的快速发展，电子变压器、电感器和滤波器等磁性元件产业处于快速发展状态。全球电子产品的迅猛发展及新兴电子产品的不断涌现，国内电子整机产量增长，家用液晶电视、笔记本电脑、汽车电子领域的高档收放机、小型DVD、移动电视，以及手机、GPS导航系统等产销量的快速增长，充电桩的逐渐普及，磁性元件市场需求不断扩大。 该磁性元件项目计划总投资13367.93万元，其中：固定资产投资11303.10万元，占项目总投资的84.55%；流动资金2064.83万元，占项目总投资的15.45%。 达产年营业收入15124.00万元，总成本费用12059.97万元，税金及附加214.72万元，利润总额3064.03万元，利税总额3701.37万元，税后净利润2298.02万元，达产年纳税总额1403.35万元；达产年投资利润率22.92%，投资利税率27.69%，投资回报率17.19%，全部投资回收期7.32年，提供就业职位334个。 项目建设要符合国家“综合利用”的原则。项目承办单位要充分利用国家对项目产品生产提供的各种有利条件，综合利用企业技术资源，充分发挥当地社会经济发展优势、人力资源优势，区位发展优势以及配套辅助设施等有利条件，尽量降低项目建设成本，达到节省投资、缩短工期的目的。
电力电子电路常用磁芯元件的设计 一、常用磁性材料的基本知识 磁性元件可以说是电力电子电路中关键的元件之一，它对电力电子装置的体积、效率等有重要影响，因此，磁性元件的设计也是电力电子电路系统设计的重要环节。磁性材料有很多种类，特性各异，不同的应用场合有不同的选择，以下是几种常用的磁性材料。 1．低碳钢 低碳钢是一种最常见的磁性材料，这种材料电阻率很低，因此涡流损耗较大，实际应用时常制成硅钢片。硅钢片是一种合金材料（通常由97%的铁和3%的硅组成），它具有很高的磁导率，并且每一薄片之间相互绝缘，使得材料的涡流损耗显著减小。磁芯损耗取决于材料的厚度与硅含量，硅含量越高、电阻率越大。这种材料大多应用于低频场合，工频磁性元件常用这种材料。 2．铁氧体 随着工作频率的提高，对磁芯损耗的要求更高，硅钢片由于制造工艺的限制，已经很难满足这种要求，铁氧体就是在这种形势下出现的。 铁氧体是一种暗灰色或者黑色的陶瓷材料。铁氧体的化合物是MeFe2O4，这里Me代表一种或几种二价的金属元素，例如，锰、锌、镍、钴、铜、铁或镁。这些化合物在特定的温度范围内表现出良好的磁性能，但是如果超出某个温度值，磁性将失去，这个温度称为居里温度（T c）。铁氧体材料非常容易磁化，并且具有相当高的电阻率。这些材料不需要像硅钢片那样分层隔离就能用在高频的应用场合。 高频铁氧体磁性材料主要可分为两大类：锰锌（MnZn）铁氧体材料和镍锌（NiZn）铁氧体材料。比较而言，NiZn材料的电阻率较高，一般认为在高频应用场合下具有较低的涡流损耗。但是最近的研究表明，如果颗粒的尺寸足够小而且均匀，在几兆赫兹范围内MnZn材料显示出较NiZn材料更为优越的特性，例如，TDK公司的H7F材料以及MAGNETICS公司的K材料就是采用这种技术，适用于兆赫兹工作频率下工作的新型铁氧体材料。 3．粉芯材料