第三章開關(guān)電源中的高頻磁元件設(shè)計

1、開關(guān)電源中開關(guān)電源中的高頻磁元的高頻磁元件設(shè)計件設(shè)計1第一節(jié)第一節(jié)磁性材料的基本特性磁性材料的基本特性磁元件在開關(guān)電源中的作用磁元件在開關(guān)電源中的作用當(dāng)變壓器使用當(dāng)變壓器使用 電氣隔離、能量傳遞、根據(jù)變比不同，實現(xiàn)升、降壓電氣隔離、能量傳遞、根據(jù)變比不同，實現(xiàn)升、降壓 電壓、電流互感器電壓、電流互感器 多脈波整流多脈波整流當(dāng)電感使用當(dāng)電感使用 儲能、濾波儲能、濾波 抑制電流尖峰，保護易受電流損壞的電子元器件抑制電流尖峰，保護易受電流損壞的電子元器件 實現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)實現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)3.1 磁性材料的概述磁性材料的概述33.1 磁性材料的概述磁性材料的概述 磁元件設(shè)計的現(xiàn)狀磁元件設(shè)計的現(xiàn)狀無

2、標(biāo)準(zhǔn)商品化元件無標(biāo)準(zhǔn)商品化元件 ；優(yōu)化函數(shù)多重優(yōu)化函數(shù)多重; 磁學(xué)基礎(chǔ)差磁學(xué)基礎(chǔ)差; 實踐和經(jīng)驗。實踐和經(jīng)驗。磁性材料的磁化磁性材料的磁化物質(zhì)的磁化需要外磁場；物質(zhì)的磁化需要外磁場；被磁化的物質(zhì)稱為磁介質(zhì)；被磁化的物質(zhì)稱為磁介質(zhì)；在磁場中放入磁性材料，磁場的磁感應(yīng)強度在磁場中放入磁性材料，磁場的磁感應(yīng)強度B顯著增顯著增大，磁場使得磁性材料呈現(xiàn)磁性的現(xiàn)象稱為磁性材料大，磁場使得磁性材料呈現(xiàn)磁性的現(xiàn)象稱為磁性材料的磁化。的磁化。43.1 磁性材料的概述磁性材料的概述磁性材料的磁化磁性材料的磁化5 鐵磁材料之所以具有鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁性，是因為在它們高導(dǎo)磁性，是因為在它們的內(nèi)部具有一種特殊的物

3、的內(nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)質(zhì)結(jié)構(gòu)磁疇磁疇。 鐵磁材料內(nèi)部的鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列磁疇排列，因此，因此對外不顯示磁性。對外不顯示磁性。 磁疇因受外磁磁疇因受外磁場作用而順著外磁場作用而順著外磁場的方向發(fā)生歸順場的方向發(fā)生歸順性重新排列，在內(nèi)性重新排列，在內(nèi)部形成一個很強的部形成一個很強的。 鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個分子電流圈流向一致的幾百個分子電流圈流向一致，因此在這些極小的區(qū)域內(nèi)就，因此在這些極小的區(qū)域內(nèi)就形成了一個個天然的磁性區(qū)域形成了一個個天然的磁性區(qū)域。磁疇是怎么磁疇是怎么形成的？形成的？.1 磁性材料的概述磁性材料的概述磁性材料的磁化磁性材料的磁化6磁場是

4、電流產(chǎn)生的，而電流總是被磁場所包圍磁場是電流產(chǎn)生的，而電流總是被磁場所包圍磁場方向磁場方向電流方向電流方向磁場方向磁場方向電流方向電流方向右手定則右手定則3.1 磁性材料的概述磁性材料的概述磁性材料的磁化過程磁性材料的磁化過程7oa段是段是線性段，可逆線性段，可逆ab段是段是上升段，不可逆上升段，不可逆bc段是磁化曲線的段是磁化曲線的膝部膝部C點以后是點以后是飽和段飽和段0BJHB磁感應(yīng)強度；磁感應(yīng)強度；J 磁化強度；磁化強度； 0真空磁導(dǎo)率；真空磁導(dǎo)率；H磁場強度。磁場強度。曲線曲線A 0HB JC A+B，初始磁化曲線，初始磁化曲線 ab段反映了鐵磁材料的段反映了鐵磁材料的磁導(dǎo)率可達(dá)磁導(dǎo)率

5、可達(dá)102104，由軟磁材料組成，由軟磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通的電流即可獲得較大的磁通。 c點以后說明鐵磁材料具有點以后說明鐵磁材料具有。 B不會隨不會隨H的增強而無限增強，的增強而無限增強，H增大到一定值時，增大到一定值時，B不能繼續(xù)增強。不能繼續(xù)增強。3.1 磁性材料的概述磁性材料的概述飽和磁滯回線飽和磁滯回線8BS 飽和磁感應(yīng)強度飽和磁感應(yīng)強度Br 剩余磁感應(yīng)強度剩余磁感應(yīng)強度HC 矯頑力矯頑力 將磁性材料沿磁化曲線將磁性材料沿磁化曲線OS 由由完全去磁狀態(tài)磁化到飽和完全去磁狀態(tài)磁化到飽和Bs，如再，如再將外磁場將

6、外磁場H 減小，減小，B 值將不再按照值將不再按照原來的初始磁化曲線（原來的初始磁化曲線（OS）減小減小，而是更加緩慢地沿較高的而是更加緩慢地沿較高的B 減小。減小。即使外磁場即使外磁場H=0 時，時，B0。這種磁。這種磁化曲線與退磁曲線不重合特性稱為化曲線與退磁曲線不重合特性稱為磁化的磁化的不可逆性不可逆性。磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象磁化磁化的不可逆性的不可逆性 磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度B 的改變滯的改變滯后于磁場強度后于磁場強度H 的現(xiàn)象稱的現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。為磁滯現(xiàn)象?；敬艑W(xué)術(shù)語基本磁學(xué)術(shù)語磁場：磁場： （國際電工委員會（國際電工委員會IEC的定義）電磁的定義）電磁場的組成部分，采用磁場強度場的組成

7、部分，采用磁場強度H和磁通密和磁通密度度B表示其特征。（我國國家標(biāo)準(zhǔn)定義）表示其特征。（我國國家標(biāo)準(zhǔn)定義）磁磁場是一種場場是一種場，其特征可在場內(nèi)運動著的帶，其特征可在場內(nèi)運動著的帶電粒子所受的力來確定，這種力源于粒子電粒子所受的力來確定，這種力源于粒子的運動及其所帶電荷。的運動及其所帶電荷。 3.1 磁性材料的概述磁性材料的概述 磁性材料的基本特性磁性材料的基本特性磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度 B （磁通密度）（磁通密度） 表征磁場中某一點的磁性強弱和方向的矢量表征磁場中某一點的磁性強弱和方向的矢量10FBIL方向：左手定則方向：左手定則單位：單位：特斯拉（特斯拉（ T）、）、 高斯（高斯（GS），

8、），1 GS =10-4 T3.1 磁性材料的概述磁性材料的概述 磁通磁通 f f 穿過垂直于穿過垂直于B方向的面積方向的面積S中的磁力線總和。中的磁力線總和。11cosSSdBdSffBSfnBdSS或或單位：韋伯（單位：韋伯（1Wb=1VS（伏秒）（伏秒） 麥克斯韋（麥克斯韋（Mx） 1 Wb =108 Mx3.1 磁性材料的概述磁性材料的概述 磁場強度磁場強度 H 在任何磁介質(zhì)中，磁場中某點的磁感應(yīng)強度在任何磁介質(zhì)中，磁場中某點的磁感應(yīng)強度B與同與同一點的磁導(dǎo)率一點的磁導(dǎo)率的比值稱為該點的磁場強度的比值稱為該點的磁場強度H。12BH單位：安培單位：安培/米米 （ A/m）、奧斯特）、奧斯

9、特 （ Oe） 1 Oe =103/4（ A/m） 3.1 磁性材料的概述磁性材料的概述 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 表征磁場中磁性能的物理量，可用來衡量磁介質(zhì)導(dǎo)磁表征磁場中磁性能的物理量，可用來衡量磁介質(zhì)導(dǎo)磁能力。能力。磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率在磁介質(zhì)中不是常數(shù)。在磁介質(zhì)中不是常數(shù)。13（1 1）真空磁導(dǎo)率）真空磁導(dǎo)率 0mH /10470（2）初始磁導(dǎo)率）初始磁導(dǎo)率 i 是磁性材料的初始磁化曲是磁性材料的初始磁化曲線始端磁導(dǎo)率的極限值，即線始端磁導(dǎo)率的極限值，即HBHi00lim13.1 磁性材料的概述磁性材料的概述（3）有效磁導(dǎo)率）有效磁導(dǎo)率 e 在閉合磁路中，或多或少地存在著氣隙，若氣隙在閉合磁路中，或多或少地

10、存在著氣隙，若氣隙很小可以忽略，則可以用有效磁導(dǎo)率來表征磁芯的導(dǎo)很小可以忽略，則可以用有效磁導(dǎo)率來表征磁芯的導(dǎo)磁能力。磁能力。1472104eeAlNLL 線圈的自感量（線圈的自感量（mH）N線圈匝數(shù)線圈匝數(shù)Ae 磁芯截面積磁芯截面積（mm2）l 磁路長磁路長度度(mm)（4）最大磁導(dǎo)率）最大磁導(dǎo)率 M 磁導(dǎo)率中的最大值磁導(dǎo)率中的最大值（5）動態(tài)磁導(dǎo)率）動態(tài)磁導(dǎo)率 d 在磁化曲線上各點切線的斜率，表示該點附近磁感在磁化曲線上各點切線的斜率，表示該點附近磁感應(yīng)強度隨磁場強度變化的情況。應(yīng)強度隨磁場強度變化的情況。dHdBd3.1 磁性材料的概述磁性材料的概述飽和磁感應(yīng)強度飽和磁感應(yīng)強度 BS 隨

11、磁芯中磁場強度隨磁芯中磁場強度H增加，磁感應(yīng)強度出現(xiàn)飽和時的增加，磁感應(yīng)強度出現(xiàn)飽和時的B值，稱飽和磁感應(yīng)強度值，稱飽和磁感應(yīng)強度BS。剩余磁感應(yīng)強度剩余磁感應(yīng)強度 Br 磁芯從磁飽和狀態(tài)去除磁場后，剩余的磁感應(yīng)強度或磁芯從磁飽和狀態(tài)去除磁場后，剩余的磁感應(yīng)強度或殘留磁通密度。殘留磁通密度。矯頑力矯頑力 HC 磁芯從飽和狀態(tài)去除磁場后，繼續(xù)反向磁化直至磁感磁芯從飽和狀態(tài)去除磁場后，繼續(xù)反向磁化直至磁感應(yīng)強度減小到零，此時的磁場強度稱為矯頑力或保磁應(yīng)強度減小到零，此時的磁場強度稱為矯頑力或保磁力。力。153.1 磁性材料的概述磁性材料的概述溫度系數(shù)溫度系數(shù) 溫度系數(shù)為溫度在溫度系數(shù)為溫度在T1T

12、2范圍內(nèi)變化時，溫度每變化范圍內(nèi)變化時，溫度每變化1 ，磁導(dǎo)率的相對變化量。，磁導(dǎo)率的相對變化量。1621211211()TTTT 1 溫度為溫度為T1時的磁導(dǎo)率時的磁導(dǎo)率 2 溫度為溫度為T2時的磁導(dǎo)率時的磁導(dǎo)率居里溫度居里溫度 TC 鐵磁物質(zhì)的磁化強度隨溫度過度升高將會下降，當(dāng)達(dá)到鐵磁物質(zhì)的磁化強度隨溫度過度升高將會下降，當(dāng)達(dá)到某一臨界溫度時，自發(fā)磁化（即磁疇）便消失，這一臨某一臨界溫度時，自發(fā)磁化（即磁疇）便消失，這一臨界溫度稱居里溫度。界溫度稱居里溫度。在在 - T曲線上，曲線上，80的的 max與與20 max連線與連線與 =1的交差點相對應(yīng)的溫的交差點相對應(yīng)的溫度，即為居里溫度。度

13、，即為居里溫度。3.1 磁性材料的概述磁性材料的概述磁芯損耗（鐵損）磁芯損耗（鐵損）PC 磁芯在工作磁感應(yīng)強度時的單位體積損耗，磁芯在工作磁感應(yīng)強度時的單位體積損耗，主要包括磁主要包括磁滯損耗滯損耗(PH)、渦流損耗、渦流損耗(PW)和殘留損耗。和殘留損耗。 工作磁感應(yīng)強度工作磁感應(yīng)強度BW176104.44SWeUBfNAB BW 工作磁感應(yīng)強度（工作磁感應(yīng)強度（mT）US 線圈兩端的電壓（線圈兩端的電壓（V） f 頻率（頻率（kHz）Ae 有效截面積（有效截面積（mm2）殘留損耗是由磁殘留損耗是由磁化延遲及磁矩共化延遲及磁矩共振等造成，一般振等造成，一般可不考慮。可不考慮。3.1 磁性材料

14、的概述磁性材料的概述磁滯損耗磁滯損耗 每次磁化所消耗的能量。每次磁化所消耗的能量。180THPHdBf 頻率（頻率（kHz）B Bm 最大磁通密度最大磁通密度Kh 比例系數(shù)，因材質(zhì)而異比例系數(shù)，因材質(zhì)而異1.6HhmPK fB注：注： 磁滯損耗是不可恢復(fù)能量，轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。磁滯損耗是不可恢復(fù)能量，轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。 每磁化一個周期，就要損耗與磁滯回線包圍面積成正比的能量，每磁化一個周期，就要損耗與磁滯回線包圍面積成正比的能量，頻率越高，損耗功率越大。頻率越高，損耗功率越大。 在工作頻率一定時，降低矯頑力可有效降低磁滯損耗。在工作頻率一定時，降低矯頑力可有效降低磁滯損耗。 磁感應(yīng)強度擺幅越大

15、，包圍面積越大，損耗也越大。磁感應(yīng)強度擺幅越大，包圍面積越大，損耗也越大。工程計算可用下式：工程計算可用下式：3.1 磁性材料的概述磁性材料的概述 渦流損耗渦流損耗 是交變磁場在磁芯中產(chǎn)生環(huán)流引起的歐姆損耗。是交變磁場在磁芯中產(chǎn)生環(huán)流引起的歐姆損耗。19d 密度，單位體積材料的質(zhì)量密度，單位體積材料的質(zhì)量r r 磁芯的電阻率磁芯的電阻率222216WWPd B fr注：注： 渦流損耗取決于材料的截面尺寸和電阻率。渦流損耗取決于材料的截面尺寸和電阻率。 在工作頻率一定時，減小磁性材料厚度及提高其電阻率可減小在工作頻率一定時，減小磁性材料厚度及提高其電阻率可減小渦流損耗。渦流損耗。 為減少渦流損耗

16、，可將低電阻率的磁合金材料碾軋成薄帶，用為減少渦流損耗，可將低電阻率的磁合金材料碾軋成薄帶，用相互絕緣的相互絕緣的n 片薄帶疊成相同截面積磁芯代替整塊磁芯。片薄帶疊成相同截面積磁芯代替整塊磁芯。.1 磁性材料的概述磁性材料的概述電感系數(shù)電感系數(shù) AL 電感系數(shù)是磁芯上每一匝線圈產(chǎn)生的自感量。電感系數(shù)是磁芯上每一匝線圈產(chǎn)生的自感量。20L 磁芯線圈的自感量（磁芯線圈的自感量（H）N N 線圈匝數(shù)線圈匝數(shù) 最大磁能積：最大磁能積：退磁曲線上任何一點的退磁曲線上任何一點的B和和H的乘積代表了磁鐵在氣隙空間所建立的磁的乘積代表了磁鐵在氣隙空間所建立的磁能量密度，即氣隙單位體積的靜磁能量，能量密度，即氣

17、隙單位體積的靜磁能量，由于這項能量等于磁鐵由于這項能量等于磁鐵B與與H的乘積，因的乘積，因此也稱為磁能積，磁能積隨此也稱為磁能積，磁能積隨B而變化的關(guān)而變化的關(guān)系曲線稱為磁能曲線，其中一點對應(yīng)的系曲線稱為磁能曲線，其中一點對應(yīng)的B和和H的乘積有最大值，稱為最大磁能積的乘積有最大值，稱為最大磁能積(BH)max 。 3.2 磁性材料磁性材料 磁芯磁性能磁芯磁性能按磁滯回線寬窄，把磁性材料分為軟磁性材料和硬磁按磁滯回線寬窄，把磁性材料分為軟磁性材料和硬磁性材料兩大類。性材料兩大類。開關(guān)電源主要應(yīng)用軟磁材料。開關(guān)電源主要應(yīng)用軟磁材料。軟磁材料特點：軟磁材料特點： 較高的磁導(dǎo)率較高的磁導(dǎo)率在線圈匝數(shù)和

18、外加電壓一定時在線圈匝數(shù)和外加電壓一定時，很小的激磁電流就能有較高的磁感應(yīng)強度，因，很小的激磁電流就能有較高的磁感應(yīng)強度，因此在輸出一定功率要求下，可減小變壓器體積此在輸出一定功率要求下，可減小變壓器體積 磁芯矯頑力低磁芯矯頑力低磁滯回環(huán)面積小，磁芯磁滯損磁滯回環(huán)面積小，磁芯磁滯損耗小耗小 高的電阻率高的電阻率磁芯渦流損耗小磁芯渦流損耗小22磁性材料的分類磁性材料的分類3.2 磁性材料磁性材料 常用的軟磁性材料常用的軟磁性材料鐵氧體鐵氧體24組成組成一般是氧化鐵和其它金屬成分組成一般是氧化鐵和其它金屬成分組成材質(zhì)特點材質(zhì)特點深灰色或黑色陶瓷材料，質(zhì)地既硬又脆，化學(xué)深灰色或黑色陶瓷材料，質(zhì)地既硬

19、又脆，化學(xué)穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好優(yōu)點優(yōu)點電阻率高電阻率高磁導(dǎo)率隨頻率的變化特別穩(wěn)定磁導(dǎo)率隨頻率的變化特別穩(wěn)定形狀、種類豐富，應(yīng)用方便形狀、種類豐富，應(yīng)用方便可廣泛用于變壓器電感等磁性器件的設(shè)計可廣泛用于變壓器電感等磁性器件的設(shè)計缺點缺點飽和磁感應(yīng)強度小飽和磁感應(yīng)強度小溫度穩(wěn)定性差溫度穩(wěn)定性差力學(xué)性能差、脆力學(xué)性能差、脆3.2 磁性材料磁性材料 磁粉芯磁粉芯25組成組成是一種由幾類材料復(fù)合而成的復(fù)合型鐵是一種由幾類材料復(fù)合而成的復(fù)合型鐵芯芯優(yōu)點優(yōu)點由于是將磁性材料與非導(dǎo)磁材料粉末復(fù)由于是將磁性材料與非導(dǎo)磁材料粉末復(fù)合而成，相當(dāng)于在鐵芯中加了氣隙，具合而成，相當(dāng)于在鐵芯中加了氣隙，具有在較高磁場強度下不

20、飽和的特點。有在較高磁場強度下不飽和的特點。缺點缺點但其相對磁導(dǎo)率較低，通常在但其相對磁導(dǎo)率較低，通常在2020300300之間，主要用于制作濾波電感，其結(jié)構(gòu)之間，主要用于制作濾波電感，其結(jié)構(gòu)以環(huán)形為主。以環(huán)形為主。3.2 磁性材料磁性材料非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金非晶合金是近非晶合金是近20年剛剛發(fā)展起來的一種新型磁性材料年剛剛發(fā)展起來的一種新型磁性材料26組成組成由兩類元素組成：一類是鐵磁性元素（鐵、鈷、鎳或者由兩類元素組成：一類是鐵磁性元素（鐵、鈷、鎳或者他們的組合），它們用來產(chǎn)生磁性；另一類是硅、硼、他們的組合），它們用來產(chǎn)生磁性；另一類是硅、硼、碳等，它們稱為類金屬，也叫做玻璃化元素，有了

21、它們，碳等，它們稱為類金屬，也叫做玻璃化元素，有了它們，合金的熔點比純金屬降低了很多，才容易形成非晶。合金的熔點比純金屬降低了很多，才容易形成非晶。分類分類鐵基非晶合金；鐵基非晶合金；鐵鎳基非晶合金；鈷基非晶合金；鐵基鐵鎳基非晶合金；鈷基非晶合金；鐵基納米晶合金（超微晶合金）；納米晶合金（超微晶合金）；特點特點電阻率可達(dá)電阻率可達(dá)120150，為冷軋硅鋼片的，為冷軋硅鋼片的3倍，但遠(yuǎn)不如倍，但遠(yuǎn)不如鐵氧體；鐵氧體；電阻溫度系數(shù)小，可以為零或負(fù)值；電阻溫度系數(shù)小，可以為零或負(fù)值；居里溫度高，可達(dá)居里溫度高，可達(dá)350700C；飽和磁密度高，可達(dá)飽和磁密度高，可達(dá)1.21.6T，比鐵氧體高得多；，

22、比鐵氧體高得多；形狀規(guī)形狀規(guī)格格由于比較脆，所以一般都制成環(huán)形或比較簡單的閉合式由于比較脆，所以一般都制成環(huán)形或比較簡單的閉合式C C型（近似矩形）鐵芯。型（近似矩形）鐵芯。一般都不開氣隙，因為性能會變壞，導(dǎo)致?lián)p耗增加。一般都不開氣隙，因為性能會變壞，導(dǎo)致?lián)p耗增加。3.2 磁性材料磁性材料 磁芯的分類磁芯的分類按使用時磁化過程所產(chǎn)生磁力線的路徑，磁芯可分為按使用時磁化過程所產(chǎn)生磁力線的路徑，磁芯可分為開路磁芯和閉路磁芯兩類。開路磁芯和閉路磁芯兩類。開路磁芯開路磁芯 這類磁芯的磁路是開啟的，通過磁芯的磁通同時要通這類磁芯的磁路是開啟的，通過磁芯的磁通同時要通過周圍空間（氣隙）才能形成閉合磁路。過

23、周圍空間（氣隙）才能形成閉合磁路。 磁阻很大，磁路各個截面上的磁通不相等磁阻很大，磁路各個截面上的磁通不相等 磁芯有效磁導(dǎo)率比初始磁導(dǎo)率有所降低磁芯有效磁導(dǎo)率比初始磁導(dǎo)率有所降低 IEC1332稱開路磁芯為稱開路磁芯為OP類磁芯。類磁芯。IEC1332（1995）軟磁鐵氧體材料分類軟磁鐵氧體材料分類的電子的電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 273.2 磁性材料磁性材料 閉路磁芯閉路磁芯 這類磁芯的磁路是閉合的或基本閉合的，這類磁芯的磁路是閉合的或基本閉合的，IEC1332（國際電工委員會國際電工委員會IEC的定義的定義）稱閉路磁芯為）稱閉路磁芯為CL類磁類磁芯。芯。28罐形罐形磁芯在外，線圈在內(nèi)，減少磁芯在外，線

24、圈在內(nèi)，減少EMI（電磁干擾電磁干擾）；內(nèi)部線）；內(nèi)部線圈散熱不良，溫升高圈散熱不良，溫升高E形形配對使用，用于各種變壓器或和扼流圈配對使用，用于各種變壓器或和扼流圈C形形免去環(huán)形繞線困難缺點，可用機械繞線免去環(huán)形繞線困難缺點，可用機械繞線環(huán)形環(huán)形主要用于脈沖變壓器和寬帶變壓器主要用于脈沖變壓器和寬帶變壓器3.2 磁性材料磁性材料29罐形罐形PQ形形EE形形EI形形U形形EC形形 磁芯的使用一定要在居里溫度以內(nèi)；磁芯的使用一定要在居里溫度以內(nèi)； 綜合考慮磁導(dǎo)率、脆度、硬度、溫度穩(wěn)定性等因素；綜合考慮磁導(dǎo)率、脆度、硬度、溫度穩(wěn)定性等因素； 最后考慮工作頻率和噪聲；最后考慮工作頻率和噪聲； 鐵氧體

25、在磁場作用下，會使材料有收縮或膨脹現(xiàn)象，鐵氧體在磁場作用下，會使材料有收縮或膨脹現(xiàn)象，稱為磁致伸縮現(xiàn)象。稱為磁致伸縮現(xiàn)象。EMI(電磁干擾電磁干擾)電磁干擾（電磁干擾（Electromagnetic Interference 簡稱簡稱EMI），是指），是指電磁波電磁波與電子元件作用后而產(chǎn)生的與電子元件作用后而產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象干擾現(xiàn)象，有，有傳導(dǎo)干擾傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合耦合(干擾干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾到另一個電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合源通過空間把其信號

26、耦合(干擾干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)到另一個電網(wǎng)絡(luò)，在高速，在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計中，高頻信號線、及系統(tǒng)設(shè)計中，高頻信號線、集成集成電路電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。 （國際電工委員會（國際電工委員會IEC的定義）的定義）3.2 磁性材料磁性材料31改良型磁芯：改良型磁芯：如果把罐形磁芯外圓切掉一部分，如果把罐形磁芯外圓切掉一部分，或與其他形狀的磁芯綜合，則變的通風(fēng)良好，解決或與其他形狀的磁芯綜合，則

27、變的通風(fēng)良好，解決了罐形磁芯溫升過高的問題。了罐形磁芯溫升過高的問題。EP形形鐵粉心鐵粉心 1高飽和磁感應(yīng)強度，可以達(dá)到高飽和磁感應(yīng)強度，可以達(dá)到10000高斯以上，可以在高斯以上，可以在大電流下工作而不飽和，具有優(yōu)異的直流疊加特性；大電流下工作而不飽和，具有優(yōu)異的直流疊加特性；2良好的穩(wěn)定性和可靠性，非常好的磁導(dǎo)率頻率特性，良好的穩(wěn)定性和可靠性，非常好的磁導(dǎo)率頻率特性，使用頻率范圍寬，可以從使用頻率范圍寬，可以從KHzGHz；3磁導(dǎo)率范圍磁導(dǎo)率范圍6100，4產(chǎn)品可以為產(chǎn)品可以為E型，型，U形，棒形，形，棒形，SMD形等復(fù)雜形狀；形等復(fù)雜形狀；5有著良好的溫度特性，可以在有著良好的溫度特性，

28、可以在-55125的范圍內(nèi)正常的范圍內(nèi)正常工作；工作；6與硅鋼和鐵氧體材料相比鐵粉心對噪音有著更好的阻與硅鋼和鐵氧體材料相比鐵粉心對噪音有著更好的阻擋和吸收特性；擋和吸收特性；7高能量存儲密度；高能量存儲密度；8使用原材料為鐵粉，制作工藝相對簡單（不用進(jìn)行退使用原材料為鐵粉，制作工藝相對簡單（不用進(jìn)行退火處理），價格低廉?；鹛幚恚?，價格低廉。主要主要材質(zhì)型號：材質(zhì)型號：-2材質(zhì)，材質(zhì)，-8材質(zhì)，材質(zhì)，-18材質(zhì)，材質(zhì)，-26材質(zhì)，材質(zhì)，-28材質(zhì)，材質(zhì)，-33材質(zhì)，材質(zhì)，-40材質(zhì)，材質(zhì)，-52材質(zhì)等八種通用型材質(zhì)。材質(zhì)等八種通用型材質(zhì)。鐵粉芯的應(yīng)用鐵粉芯的應(yīng)用磁導(dǎo)率為磁導(dǎo)率為 6090的材料

29、主要應(yīng)用為的材料主要應(yīng)用為EMI和儲能濾波器用和儲能濾波器用電感器，有效工作頻率范圍為電感器，有效工作頻率范圍為75KHz（不（不計計干擾頻率）干擾頻率），如，如EMI 濾波器（差模電感器、直流濾波電感器），逆濾波器（差模電感器、直流濾波電感器），逆變電感器、開關(guān)電源變壓器輸出電感器；變電感器、開關(guān)電源變壓器輸出電感器；磁導(dǎo)率為磁導(dǎo)率為2050的材料主要應(yīng)用為的材料主要應(yīng)用為 RF變壓器、純電感變壓器、純電感器、儲能電感器，適用頻率為器、儲能電感器，適用頻率為50kHz2MHz（目前功率（目前功率變壓器的開關(guān)頻率可以為變壓器的開關(guān)頻率可以為250 kHz1MHz），如開關(guān)電），如開關(guān)電源變壓器

30、；磁導(dǎo)率為源變壓器；磁導(dǎo)率為620的材料廣泛的應(yīng)用在的材料廣泛的應(yīng)用在RF的頻的頻率范圍，典型的應(yīng)用是工作頻率在率范圍，典型的應(yīng)用是工作頻率在2MHz500MHz 的的RF變壓器、純電感器，一些雷達(dá)設(shè)備使用該材料可以應(yīng)變壓器、純電感器，一些雷達(dá)設(shè)備使用該材料可以應(yīng)用到用到1GHz，以其低損耗、良好的溫度穩(wěn)定性，使其在通，以其低損耗、良好的溫度穩(wěn)定性，使其在通信工業(yè)應(yīng)用廣泛。信工業(yè)應(yīng)用廣泛。鐵鎳鉬磁粉心鐵鎳鉬磁粉心 1高飽和磁感應(yīng)強度，可以達(dá)到高飽和磁感應(yīng)強度，可以達(dá)到7000高斯以上，可以在高斯以上，可以在大電流下工作而不飽和，具有優(yōu)異的直流疊加特性；大電流下工作而不飽和，具有優(yōu)異的直流疊加特

31、性；2、最好的溫度穩(wěn)定性，高的機械強度，優(yōu)異的磁導(dǎo)率頻最好的溫度穩(wěn)定性，高的機械強度，優(yōu)異的磁導(dǎo)率頻率特性，在不同的率特性，在不同的AC磁通密度下能維持磁導(dǎo)率的恒定；磁通密度下能維持磁導(dǎo)率的恒定；3磁導(dǎo)率范圍磁導(dǎo)率范圍26、60、75、90、125，可以滿足不同的使，可以滿足不同的使用要求；用要求；4產(chǎn)品形狀只能為環(huán)型（在工藝成型時需要的壓力太大產(chǎn)品形狀只能為環(huán)型（在工藝成型時需要的壓力太大，因此只能為環(huán)型）；，因此只能為環(huán)型）；5有著良好的溫度特性，可以在有著良好的溫度特性，可以在-55200的范圍內(nèi)正常的范圍內(nèi)正常工作；工作；6高溫高頻損耗?。ㄗ钚。?，由于該材料的磁滯損耗幾高溫高頻損耗?。?/p>

32、最?。?，由于該材料的磁滯損耗幾乎為零因此不會像鐵粉心或者硅鋼材料那樣產(chǎn)生音頻噪乎為零因此不會像鐵粉心或者硅鋼材料那樣產(chǎn)生音頻噪音（叫機現(xiàn)象）；音（叫機現(xiàn)象）；7溫度系數(shù)小；溫度系數(shù)?。?高能量存儲密度；高能量存儲密度；9原材料為原材料為Fe、Ni、Mo，價格最高。，價格最高。鐵鎳鉬磁粉心鐵鎳鉬磁粉心的應(yīng)用的應(yīng)用該材料以其優(yōu)良的電性能和產(chǎn)品本身高的穩(wěn)定該材料以其優(yōu)良的電性能和產(chǎn)品本身高的穩(wěn)定性、可靠性和高的價格，決定了其最適合應(yīng)用性、可靠性和高的價格，決定了其最適合應(yīng)用在軍用和高精密的領(lǐng)域使用。在軍用和高精密的領(lǐng)域使用。主要應(yīng)用為：單端反激變壓器（主要應(yīng)用為：單端反激變壓器（5kHz5kHz20

33、0kHz200kHz，軍用最適合）、，軍用最適合）、EMIEMI濾波器中的電感器（濾波器中的電感器（DCDC1MHz1MHz，工作頻率為，工作頻率為ACAC低頻或者直流時更能體現(xiàn)低頻或者直流時更能體現(xiàn)其無噪音和良好的直流疊加特性）、儲能電感其無噪音和良好的直流疊加特性）、儲能電感器（最適用于軍用器（最適用于軍用APFCAPFC電感器、開關(guān)電源變壓電感器、開關(guān)電源變壓器輸出電感器）、純電感器（器輸出電感器）、純電感器（DCDC300kHz300kHz，因，因為其磁導(dǎo)率隨為其磁導(dǎo)率隨ACAC磁通密度變化小，磁通密度變化小，ACAC損耗最小損耗最小，因此最適合做諧振電感器、高精度電感器），因此最適合

34、做諧振電感器、高精度電感器）、扼流圈（逆變電感器）。、扼流圈（逆變電感器）。鐵鎳鐵鎳 50 磁粉心磁粉心的應(yīng)用的應(yīng)用以其最優(yōu)異的直流疊加特性，是直流濾波電感以其最優(yōu)異的直流疊加特性，是直流濾波電感器和有直流疊加成分的低頻工作信號的濾波電器和有直流疊加成分的低頻工作信號的濾波電感器最適合的材料；感器最適合的材料；單端反激變壓器（單端反激變壓器（5k50kHz，特別適合低壓大，特別適合低壓大電流的單端反激變壓器），純電感器電流的單端反激變壓器），純電感器（DC100kHz）、）、EMI濾波電感器（濾波電感器（DC300kHz）、儲能電感器（）、儲能電感器（DC100kHz）。）。鐵鋁硅磁粉心特鐵鋁

35、硅磁粉心特點點1 1高飽和磁感應(yīng)強度，可以達(dá)到高飽和磁感應(yīng)強度，可以達(dá)到1050010500高斯以上，可以在高斯以上，可以在大電流下工作而不飽和，具有優(yōu)異的直流疊加特性；大電流下工作而不飽和，具有優(yōu)異的直流疊加特性；2 2良好的穩(wěn)定性和可靠性，非常好的磁導(dǎo)率頻率特性；良好的穩(wěn)定性和可靠性，非常好的磁導(dǎo)率頻率特性；3 3磁導(dǎo)率范圍磁導(dǎo)率范圍2626、6060、7575、9090、125125，可以滿足不同的使，可以滿足不同的使用要求；用要求；4 4產(chǎn)品可以為環(huán)型、產(chǎn)品可以為環(huán)型、E E型、型、SMDSMD型等復(fù)雜形狀；型等復(fù)雜形狀；5 5有著良好的溫度特性，可以在有著良好的溫度特性，可以在-65

36、-65125125的范圍內(nèi)正的范圍內(nèi)正常工作；常工作；6 6高溫高頻損耗小，由于該材料的磁滯損耗幾乎為零，高溫高頻損耗小，由于該材料的磁滯損耗幾乎為零，因此不會像鐵粉心和硅鋼材料一因此不會像鐵粉心和硅鋼材料一樣產(chǎn)生音頻噪音（叫機現(xiàn)象）；樣產(chǎn)生音頻噪音（叫機現(xiàn)象）；7 7溫度系數(shù)小，在溫度系數(shù)小，在2525以上應(yīng)用時磁導(dǎo)率具有負(fù)的溫度以上應(yīng)用時磁導(dǎo)率具有負(fù)的溫度系數(shù)；系數(shù)；8 8高能量存儲密度；高能量存儲密度；9 9原材料為原材料為FeFe、SiSi、AlAl，價格相對低廉（與鐵鎳鉬和鐵，價格相對低廉（與鐵鎳鉬和鐵鎳鎳5050比），民用性價比最高。比），民用性價比最高。鐵鋁硅磁粉心應(yīng)用鐵鋁硅磁粉

37、心應(yīng)用單端反激變壓器（單端反激變壓器（5kHz200kHz）、）、EMI濾波濾波器中的電感器（器中的電感器（DC1MHz，工作頻率為，工作頻率為AC低頻或者直流時，更能體現(xiàn)其無噪音和良好低頻或者直流時，更能體現(xiàn)其無噪音和良好的直流疊加特性）、儲能電感器（民用的直流疊加特性）、儲能電感器（民用APFC電感器最適合的材料、開關(guān)電源變壓器輸電感器最適合的材料、開關(guān)電源變壓器輸出電感器）、純電感器（出電感器）、純電感器（DC300kHz）、）、扼流圈（逆變電感器）。扼流圈（逆變電感器）。磁芯損耗 的考量磁芯損耗可分為三種：磁滯損耗磁芯損耗可分為三種：磁滯損耗 渦流損耗渦流損耗 剩余剩余損耗（主要由磁后

38、效引起，與粒子的擴散有關(guān)）。磁滯損耗（主要由磁后效引起，與粒子的擴散有關(guān)）。磁滯在低場下可以不予考慮，渦流在低頻下也可忽略，剩下在低場下可以不予考慮，渦流在低頻下也可忽略，剩下的就是剩余損耗。在磁感應(yīng)強度較高或工作頻率較高時的就是剩余損耗。在磁感應(yīng)強度較高或工作頻率較高時，各種損耗互相影響難于分開。故在涉及磁損耗大小時，各種損耗互相影響難于分開。故在涉及磁損耗大小時，應(yīng)注明工作頻率，應(yīng)注明工作頻率f以及對應(yīng)的以及對應(yīng)的Bm值。值。 剩余損耗和剩余損耗和B的大小無關(guān)，但隨頻率增大而增大。而磁的大小無關(guān)，但隨頻率增大而增大。而磁滯損耗隨滯損耗隨B的增加增大，渦流損耗則和頻率成線性變化的增加增大，渦

39、流損耗則和頻率成線性變化。在正激和橋式電源中，磁芯損耗著重考慮渦流損耗。在正激和橋式電源中，磁芯損耗著重考慮渦流損耗。在反激變壓器和儲能電感中，既要考慮渦流損耗又要考在反激變壓器和儲能電感中，既要考慮渦流損耗又要考慮磁滯損耗，尤其是慮磁滯損耗，尤其是DCM方式工作的電源，磁滯損耗是方式工作的電源，磁滯損耗是第一位的第一位的 磁芯的氣隙對反激變壓器，本質(zhì)是個電感。其全部電流都對反激變壓器，本質(zhì)是個電感。其全部電流都為勵磁電流，由電感的儲能公式：為勵磁電流，由電感的儲能公式：W=1/2LI2 知知，要增大其儲能，表面看來可采用兩種方式：，要增大其儲能，表面看來可采用兩種方式：第一，增大電感量（即增

40、加匝數(shù)）。這樣變壓第一，增大電感量（即增加匝數(shù)）。這樣變壓器的體積會大大增加，還有一個問題是，由于器的體積會大大增加，還有一個問題是，由于磁芯的磁芯的Bmax不變，則最大工作電流必然減小，不變，則最大工作電流必然減小，所以采用增大電感量來增加儲能是不明智的。所以采用增大電感量來增加儲能是不明智的。第二，就是增加工作電流。開氣隙后雖然電感第二，就是增加工作電流。開氣隙后雖然電感值下降，單看這項，誤以為減弱了磁芯的儲能值下降，單看這項，誤以為減弱了磁芯的儲能。但電流對磁芯儲能的貢獻(xiàn)卻成平方倍增長，。但電流對磁芯儲能的貢獻(xiàn)卻成平方倍增長，導(dǎo)致最終，磁芯總儲能的增加導(dǎo)致最終，磁芯總儲能的增加 。第二節(jié)

41、第二節(jié)高頻變壓器的設(shè)計方法高頻變壓器的設(shè)計方法變壓器在電源技術(shù)中的作用變壓器在電源技術(shù)中的作用 變壓器和半導(dǎo)體開關(guān)器件，整流器件，電容器變壓器和半導(dǎo)體開關(guān)器件，整流器件，電容器一起，稱為電源裝置中的一起，稱為電源裝置中的4大主要元器件。根據(jù)在大主要元器件。根據(jù)在電源裝置中的作用，變壓器可以分為：電源裝置中的作用，變壓器可以分為： 起電壓和功率變換作用的電源變壓器，功率變起電壓和功率變換作用的電源變壓器，功率變壓器，整流變壓器，逆變變壓器，開關(guān)變壓器，壓器，整流變壓器，逆變變壓器，開關(guān)變壓器，脈沖功率變壓器；脈沖功率變壓器； 起傳遞寬帶、聲頻、中周功率和信號作用的寬起傳遞寬帶、聲頻、中周功率和信

42、號作用的寬帶變壓器，聲頻變壓器，中周變壓器；帶變壓器，聲頻變壓器，中周變壓器； 起傳遞脈沖、驅(qū)動和觸發(fā)信號作用的脈沖變壓起傳遞脈沖、驅(qū)動和觸發(fā)信號作用的脈沖變壓器，驅(qū)動變壓器，觸發(fā)變壓器；器，驅(qū)動變壓器，觸發(fā)變壓器；3.3 高頻變壓器設(shè)計方法高頻變壓器設(shè)計方法 變壓器的基本原理變壓器的基本原理 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)431u2uLZ1i2i單相變壓器單相變壓器+一次一次 繞組繞組N1二次二次繞組繞組N2鐵心鐵心變壓器的磁路變壓器的磁路鐵心鐵心3.3 高頻變壓器設(shè)計方法高頻變壓器設(shè)計方法 變壓器的工作原理變壓器的工作原理441u2uLZ1i2i單相變壓器單相變壓器+一次一次 繞組繞組N1二次二

43、次繞組繞組N2鐵心鐵心 一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。3.3 高頻變壓器設(shè)計方法高頻變壓器設(shè)計方法 空載運行空載運行45一次側(cè)接交流電源，二一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開路。次側(cè)開路。0i02i1u+20u+2e+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe i0 ( i0N1) 1 dd011tiLe tNedd 22 空載時，鐵心空載時，鐵心中主磁通中主磁通 是是由一次繞組磁由一次繞組磁通勢產(chǎn)生的。通勢產(chǎn)生的。3.3 高頻變壓器設(shè)計方法高頻變壓器設(shè)計方法 帶負(fù)載運行情況帶負(fù)載運行情況46一次側(cè)接交流電源，二次一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)側(cè)

44、。1u+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe 1 dd111tiLe tNedd 22 i1 ( i1N1) i1i2 ( i2N2) 2有載時，鐵心中有載時，鐵心中主磁通主磁通 是是由一由一次、二次繞組磁次、二次繞組磁通勢共同產(chǎn)生的通勢共同產(chǎn)生的合成磁通。合成磁通。 2i2+e2+e 2+u2 222tiLedd3.3 高頻變壓器設(shè)計方法高頻變壓器設(shè)計方法 變壓器設(shè)計一般問題變壓器設(shè)計一般問題變壓器功能變壓器功能 通過改變初級與次級匝比，獲得通過改變初級與次級匝比，獲得 所需的輸出電壓所需的輸出電壓 增加多個不同匝數(shù)的次級，獲得不同的多路輸出電壓增加多個不同匝數(shù)的次級，獲得不同的多

45、路輸出電壓 變壓器能方便地實現(xiàn)輸入和輸出之間的電氣隔離變壓器能方便地實現(xiàn)輸入和輸出之間的電氣隔離473.3 高頻變壓器設(shè)計方法高頻變壓器設(shè)計方法變壓器的寄生參數(shù)及其影響變壓器的寄生參數(shù)及其影響 理想變壓器：不儲存任何能量，所有的能量瞬時由輸理想變壓器：不儲存任何能量，所有的能量瞬時由輸入傳輸?shù)捷敵?。入傳輸?shù)捷敵觥?實際變壓器：儲存一些不希望的能量。實際變壓器：儲存一些不希望的能量。48能量類型能量類型形成原因形成原因存在形式存在形式能量大小能量大小漏感能量漏感能量線圈間不耦合磁通經(jīng)過線圈間不耦合磁通經(jīng)過的空間存儲的能量的空間存儲的能量等效電路中與理想等效電路中與理想變壓器線圈串聯(lián)變壓器線圈串聯(lián)

46、與負(fù)載電流和激勵線與負(fù)載電流和激勵線圈電流的平方成正比圈電流的平方成正比激磁能量激磁能量有限磁導(dǎo)率的磁芯中和有限磁導(dǎo)率的磁芯中和兩半磁芯結(jié)合處氣隙存兩半磁芯結(jié)合處氣隙存儲的能量儲的能量等效電路與理想變等效電路與理想變壓器初級線圈并聯(lián)壓器初級線圈并聯(lián)與加到線圈上每匝伏與加到線圈上每匝伏特有關(guān)，與負(fù)載電流特有關(guān)，與負(fù)載電流無關(guān)無關(guān)造成影響造成影響漏感阻止開關(guān)和整流器電流的瞬態(tài)變化。漏感能量和激磁能量在開漏感阻止開關(guān)和整流器電流的瞬態(tài)變化。漏感能量和激磁能量在開關(guān)轉(zhuǎn)換瞬時引起電壓尖峰，是關(guān)轉(zhuǎn)換瞬時引起電壓尖峰，是EMI的主要來源。的主要來源。解決方法解決方法采用緩沖或嵌位電路抑制電壓尖峰采用緩沖或嵌

47、位電路抑制電壓尖峰變壓器尺寸的確定：變壓器尺寸的確定：1、一般認(rèn)為變壓器磁芯應(yīng)與工作頻率、磁、一般認(rèn)為變壓器磁芯應(yīng)與工作頻率、磁性材料、繞組匝數(shù)、繞制方式、屏蔽層厚性材料、繞組匝數(shù)、繞制方式、屏蔽層厚度、絕緣等級等因素有關(guān)，但沒有嚴(yán)格的度、絕緣等級等因素有關(guān)，但沒有嚴(yán)格的基本公式進(jìn)行表達(dá)?；竟竭M(jìn)行表達(dá)。2、實際應(yīng)用時，通常以散熱為主要參數(shù)，、實際應(yīng)用時，通常以散熱為主要參數(shù)，考慮磁芯的橫截面積。閱讀教材考慮磁芯的橫截面積。閱讀教材P48磁芯的設(shè)計磁芯的設(shè)計磁芯的選用磁芯的選用磁芯的使用一定要一定的居里溫度以內(nèi)，磁芯的使用一定要一定的居里溫度以內(nèi)，需用是要注意磁芯的結(jié)構(gòu)、脆度、硬度、需用是要

48、注意磁芯的結(jié)構(gòu)、脆度、硬度、穩(wěn)定度、導(dǎo)磁率及磁感應(yīng)強度。在設(shè)計時穩(wěn)定度、導(dǎo)磁率及磁感應(yīng)強度。在設(shè)計時，工作頻率和噪聲干擾應(yīng)十分注意。在強，工作頻率和噪聲干擾應(yīng)十分注意。在強磁場力的作用下，磁性材料會發(fā)生收縮和磁場力的作用下，磁性材料會發(fā)生收縮和膨脹，很可能出現(xiàn)共振。因而要注意膨脹，很可能出現(xiàn)共振。因而要注意PCB板的固定。板的固定。磁芯的設(shè)計磁芯的設(shè)計開關(guān)電源變壓器磁芯多是在低磁場下使用的軟磁開關(guān)電源變壓器磁芯多是在低磁場下使用的軟磁材料，它有較高磁導(dǎo)率，低的矯頑力，高的電材料，它有較高磁導(dǎo)率，低的矯頑力，高的電阻率。磁導(dǎo)率高，在一定線圈匝數(shù)時，通過不阻率。磁導(dǎo)率高，在一定線圈匝數(shù)時，通過不大

49、的激磁電流就能承受較高的外加電壓，因此大的激磁電流就能承受較高的外加電壓，因此，在輸出一定功率要求下，可減輕磁芯體積。，在輸出一定功率要求下，可減輕磁芯體積。磁芯矯頑力低，磁滯面積小，則鐵耗也少。高磁芯矯頑力低，磁滯面積小，則鐵耗也少。高的電阻率，則渦流小，鐵耗小。的電阻率，則渦流小，鐵耗小。 鐵氧體材料是鐵氧體材料是復(fù)合氧化物燒結(jié)體，電阻率很高，適合高頻下復(fù)合氧化物燒結(jié)體，電阻率很高，適合高頻下使用，但使用，但Bs值比較小，常使用在開關(guān)電源中。值比較小，常使用在開關(guān)電源中。磁芯的選擇磁芯的選擇高頻變壓器磁芯的設(shè)計通常采用兩種方法高頻變壓器磁芯的設(shè)計通常采用兩種方法：第一種是先求出磁芯窗口面積

50、：第一種是先求出磁芯窗口面積AW與磁芯與磁芯有效截面積有效截面積Ae的乘積的乘積AP（AP=AWAe，稱稱磁芯面積乘積），根據(jù)磁芯面積乘積），根據(jù)AP值，查表找出所值，查表找出所需磁性材料之編號；第二種是先求出幾何需磁性材料之編號；第二種是先求出幾何參數(shù)，查表找出磁芯編號，再進(jìn)行設(shè)計。參數(shù)，查表找出磁芯編號，再進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計中注意問題設(shè)計中注意問題設(shè)計中，在最大輸出功率時，磁芯中的磁感應(yīng)強設(shè)計中，在最大輸出功率時，磁芯中的磁感應(yīng)強度不應(yīng)達(dá)到飽和，以免在大信號時產(chǎn)生失真。度不應(yīng)達(dá)到飽和，以免在大信號時產(chǎn)生失真。在瞬變過程中，高頻鏈漏感和分布電容會引起在瞬變過程中，高頻鏈漏感和分布電容會引起浪涌電

51、流和尖峰電壓及脈沖頂部振蕩，使損耗浪涌電流和尖峰電壓及脈沖頂部振蕩，使損耗增加，嚴(yán)重時會造成開關(guān)管損壞。同時，輸出增加，嚴(yán)重時會造成開關(guān)管損壞。同時，輸出繞組匝數(shù)多，層數(shù)多時，應(yīng)考慮分布電容的影繞組匝數(shù)多，層數(shù)多時，應(yīng)考慮分布電容的影響，降低分布電容有利于抑制高頻信號對負(fù)載響，降低分布電容有利于抑制高頻信號對負(fù)載的干擾。對同一變壓器同時減少分布電容和漏的干擾。對同一變壓器同時減少分布電容和漏感是困難的，應(yīng)根據(jù)不同的工作要求，保證合感是困難的，應(yīng)根據(jù)不同的工作要求，保證合適的電容和電感。適的電容和電感。能量損耗設(shè)計能量損耗設(shè)計 溫升和損耗溫升和損耗 根據(jù)電源設(shè)計要求，將總損耗值分配到各損耗部件，

52、根據(jù)電源設(shè)計要求，將總損耗值分配到各損耗部件，得到變壓器的允許損耗。變壓器損耗使得線圈和磁芯得到變壓器的允許損耗。變壓器損耗使得線圈和磁芯溫度提高。溫度提高。 變壓器損耗分為磁心損耗和線圈損耗兩部分。變壓器損耗分為磁心損耗和線圈損耗兩部分。54thTR PT 溫升（溫升（ ）R Rth 變壓器熱阻（變壓器熱阻（ /W）P 功率（功率（W）能量損耗設(shè)計能量損耗設(shè)計 磁芯損耗磁芯損耗磁芯損耗包括磁滯損耗和渦流損耗。磁芯損耗包括磁滯損耗和渦流損耗。磁芯磁滯損耗與頻率和磁通擺幅有關(guān)磁芯磁滯損耗與頻率和磁通擺幅有關(guān)。頻率越高，損耗功率越大，磁感應(yīng)。頻率越高，損耗功率越大，磁感應(yīng)擺幅越大，包圍面積越大，損

53、耗也越擺幅越大，包圍面積越大，損耗也越大。大。磁芯渦流損耗實際上即磁芯材料的電磁芯渦流損耗實際上即磁芯材料的電阻損耗阻損耗I2R，與磁通變化率（變壓器伏，與磁通變化率（變壓器伏/匝）成正比匝）成正比 線圈損耗線圈損耗線圈損耗包括直流損耗和高頻損耗。線圈損耗包括直流損耗和高頻損耗。55 在在200300kHz以下，磁滯損耗為主；在更高頻率以下，磁滯損耗為主；在更高頻率時，因為渦流損耗隨頻率平方上升，超過磁滯損耗。時，因為渦流損耗隨頻率平方上升，超過磁滯損耗。設(shè)計要點1一個高效率高頻變壓器應(yīng)具備直流損耗和交流損一個高效率高頻變壓器應(yīng)具備直流損耗和交流損耗低、漏感小、繞組本身的分布電容及各繞組耗低、

54、漏感小、繞組本身的分布電容及各繞組之間的耦合電容要小等條件。高頻變壓器的直之間的耦合電容要小等條件。高頻變壓器的直流損耗是由線圈的銅損耗造成的。為提高效率流損耗是由線圈的銅損耗造成的。為提高效率，應(yīng)盡量選擇較粗的導(dǎo)線，并取電流密度，應(yīng)盡量選擇較粗的導(dǎo)線，并取電流密度J=410Amm2。設(shè)計要點2 高頻變壓器的交流損耗是由高頻電流高頻變壓器的交流損耗是由高頻電流的趨膚效應(yīng)以及磁芯的損耗引起的。高頻的趨膚效應(yīng)以及磁芯的損耗引起的。高頻電流通過導(dǎo)線時總是趨向于從表面流過，電流通過導(dǎo)線時總是趨向于從表面流過，這會使導(dǎo)線的有效流通面積減小，并使導(dǎo)這會使導(dǎo)線的有效流通面積減小，并使導(dǎo)線的交流等效阻抗遠(yuǎn)高于

55、銅電阻。高頻電線的交流等效阻抗遠(yuǎn)高于銅電阻。高頻電流對導(dǎo)體的穿透能力與開關(guān)頻率的平方根流對導(dǎo)體的穿透能力與開關(guān)頻率的平方根成反比，為減小交流銅阻抗，導(dǎo)線半徑不成反比，為減小交流銅阻抗，導(dǎo)線半徑不得超過高頻電流可達(dá)深度的得超過高頻電流可達(dá)深度的2倍?？晒┻x倍?？晒┻x用的導(dǎo)線線徑與開關(guān)頻率的關(guān)系曲線參教用的導(dǎo)線線徑與開關(guān)頻率的關(guān)系曲線參教材材P52-52設(shè)計要點3 在設(shè)計高頻變壓器時必須把漏感減至在設(shè)計高頻變壓器時必須把漏感減至最小。因為漏感愈大，產(chǎn)生的尖峰電壓幅最小。因為漏感愈大，產(chǎn)生的尖峰電壓幅度愈高，漏極鉗位電路的損耗就愈大，這度愈高，漏極鉗位電路的損耗就愈大，這必然導(dǎo)致電源效率降低。對于一

56、個符合絕必然導(dǎo)致電源效率降低。對于一個符合絕緣及安全性標(biāo)準(zhǔn)的高頻變壓器，其漏感量緣及安全性標(biāo)準(zhǔn)的高頻變壓器，其漏感量應(yīng)為次級開路時初級電感量的應(yīng)為次級開路時初級電感量的13。要想達(dá)到要想達(dá)到1以下的指標(biāo)，在制造工藝上將以下的指標(biāo)，在制造工藝上將難于實現(xiàn)。難于實現(xiàn)。減小漏磁的措施：減小漏磁的措施：減小初級繞組的匝數(shù)減小初級繞組的匝數(shù)NP； 增大繞組的寬度（例如選增大繞組的寬度（例如選EE型磁芯，以增型磁芯，以增加骨架寬度加骨架寬度b）；）； 增加繞組的高、寬比；增加繞組的高、寬比； 減小各繞組之間的絕緣層；減小各繞組之間的絕緣層； 增加繞組之間的耦合程度。增加繞組之間的耦合程度。能量損耗設(shè)計能量

57、損耗設(shè)計3.3 高頻變壓器設(shè)計方法高頻變壓器設(shè)計方法 窗口填充系數(shù)窗口填充系數(shù) 窗口填充系數(shù)定義為線圈銅占有的總面積與窗口面積窗口填充系數(shù)定義為線圈銅占有的總面積與窗口面積之比。之比。 電壓等級越高，環(huán)境愈惡劣，絕緣要求越高，絕緣占電壓等級越高，環(huán)境愈惡劣，絕緣要求越高，絕緣占據(jù)的窗口面積愈大。據(jù)的窗口面積愈大。 導(dǎo)線形狀不同，窗口利用不同。導(dǎo)線形狀不同，窗口利用不同。60磁場強度用下面的公式表示：磁場強度用下面的公式表示：這里的，這里的，N：線圈的匝數(shù)；：線圈的匝數(shù)； I：電流強度；：電流強度； L：磁芯的長度。：磁芯的長度。)(.長度LINH40變壓器的重要參數(shù)變壓器的重要參數(shù)為確保變壓器在磁化曲線的線形區(qū)工作，為確保變壓器在磁化曲線的線形區(qū)工作，可用下式計算最大磁通密度可用下式計算最大磁通密度Bmax： Bmax=（Vp）104/Kf*Np*Ae公式中，公式中，Vp：加在變壓器初級的電壓，：加在變壓器初