磁芯小气隙加工数据分析报告

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变压器气隙

变压器气隙电感是开关电源中重要的元件之一，其合理设计有利于提高电源效率和可靠性。

为防止电感饱和，需要在磁芯中加入气隙。

铁粉芯的气隙均匀分布在磁芯中。

如果采用高导磁材料来绕制电感，传统的做法是采用集中气隙。

为了减少由气隙附近的扩散磁通引起的绕组损耗，绕组布置需避开气隙3个左右的气隙长度。

然而对于较大的气隙，那样做将使磁芯窗口的利用率大大降低，此时可应用多个小气隙来构成分布气隙。

文献[1]提出利用交错气隙以减少旁路磁通，从而减少绕组损耗。

前人的研究成果对电感设计具有指导意义，但对某些方面没有进行详细研究，特别是多气隙中各小气隙之间磁柱的长度对扩散磁通的影响，气隙布置在磁芯拐角附近对扩散磁通的影响，以及分布气隙的个数如何选择等。

近年来，电磁场有限元分析软件得到广泛的应用，分析结果的正确性得到了大量的证实[2]。

本文在前人研究的基础上，利用电磁场有限元软件对上述问题进行详细的研究。

2 气隙在磁芯柱上不同位置对绕组损耗的影响根据文献[1]的分析，在电感中的磁通可分成以下三个部分（如图1所示）：(1)在磁芯中构成回路的主磁通；(2)气隙附近进入磁芯窗口的扩散磁通；(3)穿越磁柱之间窗口内的旁路磁通。

由于主磁通未深入磁芯窗口内，故它不会在绕组上感应出涡流。

扩散磁通则会在气隙附近的绕组上感应出涡流。

旁路磁通穿越磁柱间的磁芯窗口，将在绕组上感应出涡流。

气隙在磁芯柱上的不同位置对磁芯窗口内的扩散磁通和旁路磁通都可能产生影响。

对绕组由漆包线构成的电感，气隙在磁芯柱上不同位置对磁芯窗口内旁路磁通的影响在文献[1]中已有详细分析。

本节主要分析对扩散磁通的影响，并分析气隙在磁芯柱上的位置对铜箔与漆包线绕制的电感所产生的不同影响。

对于高频电感，相对气隙设在磁芯中部，如气隙设在磁芯拐角处，会使此处的扩散磁通更容易深入到磁芯窗口内（如图2(a)、(b)所示），这是因为磁通的分布，与所通过路径的磁阻分布有关。

相对气隙设在磁芯中部，气隙设在拐角处，扩散磁通经过路径的磁阻要比气隙设在磁芯窗口中部要小。

ec4215磁芯参数

ec4215磁芯参数1.引言1.1 概述磁芯是一种常见的电子元件，广泛应用于各种电气设备中。

磁芯的参数是指其物理性质和特性，对于磁芯的使用和性能具有重要的影响。

本文将对磁芯参数进行详细介绍和分析。

首先，磁芯的参数可以分为几个方面。

一是磁导率，磁导率是衡量材料导磁性能的重要参数，可以反映磁芯对磁场的响应能力。

它的大小决定了磁芯在电磁场中的感应电流和电磁能量的转换效果，因此磁导率的选择和优化对于提高磁芯的性能至关重要。

第二，磁芯的磁阻也是一项重要参数。

磁阻是磁通通过磁芯时所遇到的阻力，对于磁芯的导磁能力和传导磁场的效果有着直接的影响。

通过合理地选择磁芯的材料和尺寸，并控制磁芯的磁阻，可以提高磁芯的磁场传输效率，从而提高电气设备的性能。

此外，磁芯的磁化特性也是需要关注的参数之一。

磁化特性涵盖了磁芯的磁感应强度、矫顽力和剩磁等方面。

这些参数直接关系到磁芯在正常工作状态下的磁化效果和稳定性。

通过调整磁芯的磁化特性，可以满足不同电磁场条件下的工作要求，提高磁芯的适应性和可靠性。

综上所述，磁芯的参数是衡量磁芯性能和应用效果的重要指标。

磁导率、磁阻和磁化特性等参数相互影响，需要综合考虑和优化才能达到更好的性能。

在后续的文章中，我们将对磁芯参数进行进一步的详细介绍和分析，以便读者更好地理解和应用磁芯技术。

文章结构:本文主要介绍了ec4215磁芯的参数。

文章分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分包括以下内容：1.1 概述：介绍磁芯在电子设备中的重要性和应用领域。

同时指出ec4215磁芯的特点和优势。

1.2 文章结构：说明文章的整体结构和各个部分的内容安排。

1.3 目的：阐明本文的写作目的，即介绍ec4215磁芯的参数并对其进行分析和总结。

正文部分分为2.1和2.2两个子节，分别介绍了磁芯参数1和磁芯参数2的内容。

2.1 磁芯参数1：详细介绍ec4215磁芯的某个重要参数，例如磁感应强度、矫顽力、饱和磁感应强度等。

阐述这些参数的意义和影响因素，并给出具体数值和对应的实验结果或理论推导。

气隙磁芯电感(赵修科)

气隙的边缘磁通
磁没有绝缘，空气隙周围空间也是磁路的一部分－边缘磁通。气隙越大，边缘磁通范围越大。边缘磁通与气隙磁通并联，论坛 om 器 t.c 在线圈包围的磁芯中磁通增 bi 压变 g子 bi 加，总磁链ψ增加，电感量电 s. 特 bb 加大。比 // 大 p: tt h
维持电感量措施
直流滤波电感设计要点
直流滤波电感量(Buck) 式中：
反激连续模式，不仅考虑直流，也要考虑交流邻近效应损耗。断续模式按损耗100mW/cm3(自冷）选取磁通密度，既要考虑线圈损耗，也要考虑磁芯损耗。
坛 m U 器论 o +o U R =U cΔ t. 压 bi ' Dmin = U o 子U i max / 变 ig 电 s.b 特 bb 参数选取：市售功率磁芯 B ≤ 0.9 Bs100 比 // 大 p: 损耗：主要是铜损：直流滤波电感只考虑直流损耗； tt h
气隙磁芯电感坛
论 com 器 t. 压 bi 南京航空航天大学变 g子 bi 电赵修科 s. 特 bb 比 // 大 jops@ p: tt h
gelblion@
电感定义
坛 m i 器论 .co ψ 是线圈主磁链与散磁链总和, bit 压变 g子 bi 不存在‘漏磁’。电 s. 特 bb 比 // 如果是环形闭合磁路磁芯大 p: ψ NBA t ht = N 2 μ0 μr A L= = i Hl / N l
电感能量
电流产生磁场，即建立磁场能量（环形为例）
VBH LI Wm = ∫ AlHdB = V ∫ HdB = 坛 = 0 0 论 2com 2 器 t. 压 bi 环形气隙磁场能量子变 ig电 B 2s.b 2 Vc B比特Vδ bb Wm = 大 +:// 2 μ0 μttp 2 μ0 hr

气隙存储能量分析

气隙存储能量分析模型：反激变压器为例，内部磁芯磁路长度L1,气隙长度L2，面积S。

前提：线圈通电流I后，φ相等，同时B近似相等。

磁芯到达B1H1,气隙到达B1,H2。

能量分布：磁芯能量密度为OB1C所围面积（0.5*B1*H1），气隙能量密度为OB1E所围面积(0.5*B1*H2）具体看另一篇《磁滞损耗与磁滞曲线面积对应关系积分推导》。

上图可以看出气隙能量密度明显高于磁芯。

磁芯能量=0.5*B1*H1*L1*S=0.5*Ur*H1*H1*L1*S=0.5*B1*B1*L1/Ur*S气隙能量=0.5*B1*H2*L2*S=0.5*Uo*H2*H2*L2*S=0.5*B1*B1*L2/Uo*S存储能量大小取决于L1/Ur L2/Uo两者。

整体拟合曲线的Ux如下：N*I=H1*L1+H2*L2=H平均*（L1+L2）L1*B1/U1+L2*B1/U0=(L1+L2)*B1/UxUx=（L1+L2）/(L1/U1+L2/Uo)整合曲线从能量角度证明：整合曲线围成的面积对应能量密度*(L1+L2)*S=0.5*B1*H平均*(L1+L2)*S=0.5*B1*（B1/Ux）*(L1+L2)*S=0.5*B1*B1*(L1/U1+L2/Uo)*S=0.5*B1*H1*L1*S+0.5*B1*H2*L2*S=磁芯能量+气隙能量磁芯作用讨论：如果磁芯磁导率很高趋于无穷，其作用应该是将磁路短路，将所有磁势加在气隙上，使气隙得到很高的H，从而储能。

N*I=H1*L1+H2*L2=L1*B1/U1+L2*B1/U0实际是磁芯与气隙都有储能，分布取决于L1/Ur L2/Uo两者大小比例，如磁芯长度比100倍，磁导率比1000倍，则气隙能量是磁芯能量10倍。

开关变压器磁芯气隙的选取

根据变压器的额定电压选取
总结词
额定电压越高，所需气隙越大。
详细描述
在高压应用中，为了防止磁芯饱和，需要适当增加气隙。气隙的大小应确保在最大工作电压下，磁芯不会进入饱和状态。
根据变压器的额定电流选取
总结词
额定电流越大，所需气隙越小。
详细描述
电流越大，磁芯中的磁通密度越高，为了防止磁芯过热和磁饱和，需要减小气隙以减小励磁电感和磁通密度。
总结词：中等气隙
详细描述：对于100kHz的开关变压器，由于频率有所提高，磁芯的磁通密度相应增大，因此需要选择中等大小的气隙，通常在0.5mm至1mm之间。中等的气隙可以在减小磁阻和提高效率之间取得平衡。
实例三：200kHz开关变压器的气隙选取
总结词：较大气隙
详细描述：对于200kHz及以上的开关变压器，由于频率较高，磁芯的磁通密度较大，因此需要选择较大的气隙，通常在1mm至2mm之间。较大的气隙可以减小磁芯的磁饱和现象，提高变压器的可靠性。
适用范围
适用于研发阶段，对未知气隙值进行探索和优化。
经验法
根据经验数据
适用范围
根据以往的设计经验，对于特定类型的磁芯和用途，选取合适的气隙值。
适用于成熟产品设计和生产过程中，对气隙值的快速选取。
考虑因素
经验法依赖于过往的设计经验和实际运行效果，可能无法适应新的应用场景和变化的工作条件。
04
作用
气隙的主要作用是调节磁通量和磁路磁阻，从而影响变压器的性能。
气隙对开关变压器性能的影响
01
02
03
磁通量调节
通过改变气隙大小，可以调节磁通量的大小，进而影响变压器的输出电压和电流。
磁路磁阻

磁芯材料分析

磁性材料一. 磁性材料的基本特性1. 磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。

磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。

即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。

材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。

2. 软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。

剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。

矩形比：Br∕Bs矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。

磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关。

初始磁导率μｉ、最大磁导率μｍ、微分磁导率μｄ、振幅磁导率μａ、有效磁导率μｅ、脉冲磁导率μｐ。

居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。

它确定了磁性器件工作的上限温度。

损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝f2 t2 / ，ρ　降低，磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。

在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为：总功率耗散（mW）/表面积（cm2）3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。

器件的电压～电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。

设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。

磁芯如何开气隙

le/ue=24.2/2300=0.0105
le的单位是mm
电感跌落 L/Lg 气隙深度 lg
表三
1.1
1.5
0.01155 0.01575
2
3
0.021 0.0315
4
5
0.042 0.0525
电感跌落 L/Lg 气隙深度 lg
8
9
0.084 0.0945
10 0.105
12
15
0.126 0.1575
30
40
50
60
70
80
0.97305 1.2974 1.62175 1.9461 2.27045 2.5948
从以上可以看出:气隙深度正比于电感的跌落幅度;磁芯越小,气隙越小,加工越难.
3: 开气隙的难度处决于气隙大小,气隙越大,设备成本低,易达到客户要求,加工难度小; 气隙越小,要求加工用的设备精度高,不易达到客户要求,加工成本高,加工难度大.
10%
15%
20%
25%
30%
9.09% 13.04% 16.67% 20.00% 23.08%
气隙误差 △/lg: 是由加工气隙设备的精度△(数显磨床精度为0.02mm) 和气隙深度lg(处决于客户要求的电感受量大小和无气隙之感量)决定的.
b: 以磨床的精度0.02mm为例,在其它条件固定不变的情况下,
0.3 6.25%
0.35 5.41%
气隙深度 lg(mm) 电感误差 △/Lg
0.4 4.76%
0.45 4.26%
0.5 3.85%
0.55 3.51%
0.6 3.23%
气隙深度 lg(mm) 电感误差 △/Lg
0.65 2.99%

磁环的技术要求

磁环的技术要求
磁环的技术要求包括以下方面：
1. 磁导率：通常选择高磁导率的磁环，如铁氧体、铁氧化物等。

2. 温度系数：要求温度系数小，以保证电感值随温度变化的程度较小。

3. 矫顽力：要求矫顽力低，以提高电感器的性能。

4. 磁芯气隙：气隙越小，电感值越大，饱和电流越小。

5. 防磁干扰：考虑到磁场对周围电路的影响，需要考虑防磁干扰。

6. 其他性能参数：如电阻率、损耗、居里温度等也需要根据具体应用进行选择和优化。

在磁环的制造过程中，还需要注意以下方面：
1. 磁芯材料的选择：根据应用需求选择合适的磁芯材料，如锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等。

2. 磁芯尺寸的确定：根据电感值和直流饱和电流的要求，确定磁芯的截面积、匝数等尺寸。

3. 线径和绕制方式的选择：根据直流电阻和自谐频现象的要求，选择合适的线径和绕制方式。

4. 装配工艺的控制：保证磁芯与线材的紧密装配，以减小直流电阻和自谐频现象。

5. 性能测试与验证：对制造完成的磁环进行性能测试和验证，确保满足设计要求。

以上技术要求和制造过程中的注意事项，将直接影响磁环的性能和质量。

因此，在进行磁环设计和制造时，需要充分考虑这些因素并进行优化。

磁芯参数参看

z变压器基础知识1、变压器组成：原边（初级primary side ）绕组副边绕组（次级secondary side ）原边电感（励磁电感）‐‐magnetizinginductance漏感‐‐‐leakage inductance副边开路或者短路测量原边电感分别得励磁电感和漏感匝数比：K=Np/Ns=V1/V22、变压器的构成以及作用：1）电气隔离2）储能3）变压4）变流●高频变压器设计程序：1.磁芯材料2.磁芯结构3.磁芯参数4.线圈参数5.组装结构6.温升校核1.磁芯材料软磁铁氧体由于自身的特点在开关电源中应用很广泛。

其优点是电阻率高、交流涡流损耗小，价格便宜，易加工成各种形状的磁芯。

缺点是工作磁通密度低，磁导率不高，磁致伸缩大，对温度变化比较敏感。

选择哪一类软磁铁氧体材料更能全面满足高频变压器的设计要求，进行认真考虑，才可以使设计出来的变压器达到比较理想的性能价格比。

2.磁芯结构选择磁芯结构时考虑的因数有：降低漏磁和漏感，增加线圈散热面积，有利于屏蔽，线圈绕线容易，装配接线方便等。

漏磁和漏感与磁芯结构有直接关系。

如果磁芯不需要气隙，则尽可能采用封闭的环形和方框型结构磁芯。

3.磁芯参数：磁芯参数设计中，要特别注意工作磁通密度不只是受磁化曲线限制，还要受损耗的限制，同时还与功率传送的工作方式有关。

磁通单方向变化时：ΔB=Bs‐Br，既受饱和磁通密度限制，又更主要是受损耗限制，（损耗引起温升，温升又会影响磁通密度）。

工作磁通密度Bm=0.6～0.7ΔB 开气隙可以降低Br,以增大磁通密度变化值ΔB，开气隙后，励磁电流有所增加，但是可以减小磁芯体积。

对于磁通双向工作而言：最大的工作磁通密度Bm，ΔB=2Bm。

在双方向变化工作模式时，还要注意由于各种原因造成励磁的正负变化的伏秒面积不相等，而出现直流偏磁问题。

可以在磁芯中加一个小气隙，或者在电路设计时加隔直流电容。

4.线圈参数：线圈参数包括：匝数，导线截面（直径），导线形式，绕组排列和绝缘安排。

小只推荐：气隙位置对电感参数的影响以及改进

小只推荐：气隙位置对电感参数的影响以及改进
宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来；此句是中国流传下来的一句古训，喻为如果想要取得成绩，获取成就，就要能吃苦，勤于锻炼，这样才能靠自己的努力赢得胜利。

各个行业皆是如此。

在电源网论坛里，就存在这样一些人，他们时常能DIY出被网友们称之为的经典设计，出于大家能够共同学习的目的，小编抓住了难得的机会，整理了这些经典帖，供分享学习。

本文来自arlink精华帖。

--------小编语。

除了用铁粉芯作磁芯的电感外，一般电感(Flyback变压器为耦合电感)。

气隙的位置对电感参数有较大影响，下面基于有限元计算对此问题进行分析并给出一种新结构之磁芯。

为方便起见，从一EE型的Flyback变压器开始分析，其内部磁场分为如下几个部分：主磁通、旁路磁通及扩散磁通。

电感器的损耗由旁路磁通及扩散磁通引起。

由于主磁通与线圈平面平行(假定线圈为铜箔且没有端部效应)，它不会引入电流密度J的变化，从而不影响线圈内电流的分布，此时线圈内电流由线圈自己决定。

但旁路磁通与扩散磁通深入线圈，使铁芯窗口内的磁场分布不再均匀，从而引起电流的重新分布，使电流集中在某一处。

如果，我们以气隙至磁轭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：
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。

气隙磁芯电感

非均匀气隙磁芯电感
非均匀磁芯气隙电感
斜坡气隙－类似磁粉芯特性阶梯气隙－可设定特性例如气隙宽度1/5,最小的气隙为δ/20, 可以获得
L/L0 5
δ/20
δ
δ
4
3 2 1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 I/Io
气隙的边缘磁通
磁没有绝缘，空气隙周围空间也是磁路的一部分
（忽略散磁通）
气隙磁芯磁化特性
气隙将磁芯磁导率线性化，对于环形气隙磁
芯，如忽略边缘磁通
NI H clc H
也可以写成：
0 r
)
Bc
lc
B
0

NI lc ( H c H c
r
lc
相同B，H为两部分合成 1.可见将磁化曲线线性化了。 2.剩磁小了。
气隙磁芯等效磁导率
直流滤波电感设计要点
直流滤波电感量(Buck)
式中：
I 0.2I o
' o
' ' U o (1 Dmin ) U o (1 Dmin ) L If 0.2 I o f
U U o U R
' o

Dmin U / U i max 参数选取：市售功率磁芯 B 0.9 Bs100
气隙磁芯电感
当气隙较大时，有效磁导率为lc/δ,在磁芯不饱
和时电感量不随电流变化，为线性电感。电流连续Buck类直流滤波电感、升压电感，反激变压器等。按2Iomin决定电感量。
当输出电流小于最小电流时电流断续，为避
免振荡需要假负载，降低了效率。希望在小于Iomin时电感量大，当大于Iomin时回到正常的电感量的非线性电感。磁粉芯就是非线性电感，但成本高。可以采用非均匀气隙电感。

高频低压平面变压器磁芯气隙的研究

第38卷第3期计算机仿真2021年3月文章编号：1006 - 9348 (2021)03 - 0190 - 04高频低压平面变压器磁芯气隙的研究王星，程志江，孟德炀，翁雄亮(新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐830047)摘要:变压器时常发生磁饱和现象。

为防止磁饱和的发生，通常在磁路中加人一段气隙或减少绕组匝数。

研究在磁回路中加人气隙来避免磁饱和时，气隙量对高频平面变压器特性参数的影响。

以TDK铁氧体设计的髙频平面变压器为研究对象，通过理论分析计算出饱和电流和气隙量。

在ANSYS中建立3D仿真模型和电路简化模型，改变气隙量，分析高频平面变压器的涡流场、静电场特性以及原副边电压特性，将仿真数据用MATLAB处理后，得出其电气参数变化规律。

关键词：髙频平面变压器;涡流场;静电场;磁芯气隙;磁饱和中图分类号:TP391.9 文献标识码:BResearch on Air Gap of Magnetic Core of Low Voltage H P TWANG Xing,CHENG Zhi - Jiang,MENG De - Yang, WENG Xiong - Liang(College of Electrical Engineering,Xinjiang University,WulumuqiXinjiang830047,China) ABSTRACT:Magnetic saturation often occurs in transformers.In order to prevent the occurrence of it,an air gap is usually added to the magnetic circuit or the number of winding turns is reduced.This paper studied the effect of air gap on the characteristic parameters of high frequency planar transformer when air gap was added to the magnetic circuit to avoid magnetic saturation.Taking the high frequency planar transformer designed by TDK ferrite as the research object,the saturation current and air gap were calculated through theoretical analysis.In ANSYS,a3D simulation model and a simplified circuit model were established to change the air gap and analyze the eddy current field, electrostatic field characteristics and the original and secondary voltage characteristics of high frequency planar transformer.After processing the simulation data with MATLAB,the variation law of electrical parameters was obtained.KEYW ORDS：High frequency planar transformer；Eddy current field；electrostatic field；Magnetic core gap；Magnetic saturationi引言在磁化曲线（B-H曲线）中，当磁场强度（H)达到某一值时，磁感应强度（B)就不再随磁场强度的增加而增加了，这种现象就叫做磁饱和现象。

软磁铁氧体磁芯-小气隙磁芯(一)

软磁铁氧体磁芯-小气隙磁芯(一)实际使用的带磁芯线圈，有时为了提高稳定性，或者改善磁特性，常在闭合磁路中开一定大小的空气隙。

当施加外磁场 Ha 时，在气隙表面产生假想的去磁荷，形成去磁场 H0（或称退磁场），去磁场 H0 的方向与通电线圈产生的外磁场 Ha 方向相反，即削弱了线圈磁场，这种现象称为退磁效应，结果，磁路中小气隙常使磁滞回线或磁化曲线斜率减小，有效磁导率降低，但也降低了温度系数对静磁场影响，对改善磁芯损耗有良好影响。

如图 1-23 所示，当闭合环形磁芯中开一个长度为 l0的小气隙时，气隙中磁场为 H0，因为通过磁芯和气隙中的磁通量应该相等的，若空气隙很短，则可以认为空气隙中磁通密度 B 和磁芯内近似相等，即：μ0H0≈μ0μＨ=B按照环路定律 H(le-l0)+H0l0=IN或中：le —环形磁芯有效磁路长度I —线圈电流N —线圈匝数若 le≥l0 则外磁场且设退磁因子则(1-42)或表示为：上式表示，欲在带小气隙磁芯中获得闭合磁芯相同大小的磁感应强度B，就需要增加一个额外的磁场 (≈ ) ，用以克服由于气隙引起的退磁场。

图 1-24 示出有气隙磁芯的磁滞回线，看到磁滞回线或磁化曲线的斜率减小，即有效磁导率下降了，同时看到矫顽力 Hc 和回线面积与无气隙回线相同，但剩磁 Br 下降了。

因为有效磁导率(1-43)材料磁导率(1-44)化入 (1-42) 式，得到所以(1-45) 或表示为：μe=[SX()μ[]1+βμ[SX]]=[SX()μ[]1+[SX()le[]le[SX]]μ[SX]] (1-46)也可表示为比值μe/μ也称为气隙因数。

退磁因子β-定时，材料磁导率越高，则μe/μ越小。

例如β=10-3，则当μ=1000时，μe/ ；而当μ=10000 时，μe/ 。

可见高磁导率铁氧体磁芯，微小气隙对磁性能有明显的影响。

图 1-25示出，在不同退磁因子β情况下，μe 与μ的关系曲线可得到证明。

气隙在铁氧体磁芯中的应用

气隙在铁氧体磁芯中的应用益衡电子有限公司刘祖贵Enhance electronics CO.,LTD. LiuZugui摘要:本文详细论述了气隙在目前主要开关电源拓扑磁芯中的应用及其理论推导过程,并从多方面量化地分析了气隙所带来的利弊影响.文中除气隙a l 采用mm 制外,其它均采用国际单位制.a l 为研磨的气隙长度, e l 为研磨前磁芯的有效磁路长路, i l 为研磨后磁芯的磁路长度,其它为一般物理量通用符号.由于反激拓扑的工作原理可等效为一个功率电感和变压器并联,因此以铁氧体作磁芯的功率电感（PFC 等）气隙设计可参考反激拓扑,这里不作专门讨论.正文:气隙在仅工作于第一象限磁芯中的应用.以正激拓扑为例,由于剩磁B r 的存在,峰值磁密B m =ΔB+B r ,能有效利用的交变磁密ΔB=B m -B r ,如图(一)所示.图(一) 运行于第一象限的磁滞回线轨迹图(二) 单端正激拓扑导通阶段图(三) TDK PC44磁化曲线图(四) 加入气隙后的磁滞回线图三为典型铁氧体磁芯材料（TDKPC44）的磁化曲线,从图上可看出磁密范围在0.2T 内为其线性区域,PC44的剩磁T B r 1.0≈(未加气隙).如果正激拓扑磁芯从零磁化力即0.1T 开始进行,则磁芯进入磁滞回线弯曲部分之前的最大磁通变化量ΔB=B m -B r =0.1T.由法拉第定律 dtd ψε-=得: dt dB NAe dAe t B N dt d N dt d V Aem =∂∂===-=⎰⎰φψε 由 IL ψ=得 :dt dIL dt LI d dt d ==ψ 所以有: dt dIL dt dB NAe V ==变形得: NAeLdI NAe Vdt dB ==即在线性区内有: AeN I L Ae N T V B p mm p on on ∆==∆ 公式(一)其中I m 为励磁峰值电流,它是由零起始（断续）的斜坡电流,故有m m I I =∆.从公式<一>可看出初级匝数N P 与ΔB 成反比,较小的ΔB 就要求较多的初级匝数,较多的初级匝数使线径减小,从而降低了变压器的输出电流和功率,因此磁芯的利用率极低.磁芯加入气隙后使磁滞回线倾斜,剩磁就会显著降低.磁滞回线的倾斜并不改变矫顽力Hc 的大小,也不改变磁饱和磁密Bs 及线性区最高磁密B m 的大小. 它只是使磁滞回线的弯曲部分延伸到更大的磁场强度区域.从图<四>可看出加入气隙后磁芯的有效磁导率约等于Hc 处磁滞回线的斜率:H c o withgap o μμμμ≈)(, 因此加入气隙后的剩磁:Cw i t h g a pr w i t h g a pH B ομμ)()(=⇒ 公式(二)下面开始推导加入气隙后磁芯的磁导率)(withgap μ由安培环路定律I Hdl L∑=⎰可导出:Cwithgap C H c withgap r H H B )()(μμμμοο≈=m a a i i I N l H l H P =+ 公式(三)(I ∑为磁路路径e l 所包围的凈电流的代数和:m P L S PL P m P I N I N I N I N I =-+=∑,如图(二)示)当R l a <<时(中心柱研磨气隙,R 为磁芯中柱半径),气隙所引起的边缘效应可忽略,则:m a i Ae Sa Si φφφ====, m mi a B AeB B ===∴φ公式(三)可写成:m P a mi ro mI N l B l B =+ομμμir mP r m l la I N B +=⇒μμμο 公式(四)emP ia r e r l I N l l l +=μμμοemP withgap l I N )(μμο=即有:ae a r e r ia r e r w it h ga p l l l l l l l -+=+=μμμμμ)(变形得:1)(--=r ewithgap er a l l l μμμ将公式(二)代入上式得:1)(--=r ewithgap r ce r o a l B H l l μμμ(其中μr 为材料的相对磁导率,工程上一般有μr ～μi ).一般可取B r(with gap)=0.02T,这样可有效利用的交变磁密ΔB=B m -B r(withgap)=0.18T,这样就能减小初级匝数,大大提高磁芯的利用率.而且取此值时所需的气隙长度a l 极小,气隙a l 所带来的漏磁通(由于漏磁通ΦL 的闭合路径中大部分为弱磁性物质空气,漏磁通磁路的磁阻可认为等于空气隙部分磁路的磁阻Ae laAel R o r o aa μμμ==, l a增大,空气隙所产生的磁阻增大,空气隙所引起的边缘效应将会变得严重,漏磁通因此而增大.相反l a 减小则漏磁通会减小.漏磁链L ψ与i 成正比:iL LL ψ=,漏磁通所引起的电压变化量为dtdiL U LL =,工程上一般可用实验的方法近似测得漏感L L ）也可控制在接受的范围内,以PC44PQ4040 (m l e 102.0=%252400±=r μm A H C /10≈)为例,其剩磁降到0.02T 所需要的气隙长度为:m m l a 023.0)12300(102.002.010*102.0*2400*10*47≈-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-π 如此小的气隙长度并不需特别研磨,工艺上自然能够实现.但引入气隙也是有代价的,励磁电感量Lm 受气隙长度的影响甚大:由公式(四)可得: ia r Pr m m l l N dI dB +=μμμο 由公式(一)可得: 2P ia r r m m P m N l l Ae dI AedB N L +==μμμο 公式(五) 不加气隙:i e a l l l ==,0 22)(P L P er withoutgap m N A N l AeL ==∴μμο加入气隙: a e i l l l -= 2)(2)(P ewithgap P ae a r r withgap m N l AeN l l l Ae L μμμμμοο=-+=∴磁路长度为e l 的磁芯中研磨长度为a l 的气隙,励磁电感系数减小的比例为:ae a r ewithoutgap m withgap m l l l l L L -+=μ)()( 公式(六)公式（六）中,a l 虽小,r μ却很大, 所以有: e a e a r l l l l >-+μ)()(w i t h o u t g a pm w it h g a p m LL <∴ 上例中PC44PQ4040剩磁降低至0.02T 所需的气隙长度mm l a023.0=,引入气隙后的励磁电感量所减小的比例则为:66.010*023.0102.010*022.0*240102.033)()(=-+=--withoutgap m withgap m L L 因此气隙使磁芯磁导率dHdB=μ 降低,磁导率降低使剩磁B r 降低的同时励磁电感系数L m 减小，使励磁电流monon m L T V I =增大,励磁能量m on on mm on on m m m I T V I I T V I L P 21212122=== 随之增大.励磁能量不向负载传输功率,只用于使磁芯磁通沿磁滞回线移动,完成置位和复位功能,但线路中无功能量的传输将带来额外铜损.而对于RCD 型单端正激,损耗则更为严重,励磁能量将全部损耗于复位电阻中以保证磁芯能完全复位.过大的气隙还将使漏感增加,反峰电压增大,漏感损耗为: s m L p L s P L L f I I L f I L P L ⋅+=⋅=22)(2121 另外由于大多数铁氧体的铁损P Fe 与交变磁密B ∆的2.7次幂成正比,与开关频率s f 的1.7次幂成正比(V B f P mns Fe ∆=σσ为与铁磁材料性质有关的系数, n 、m 为指数 7.1≈n7.2≈m V 为磁芯体积),因此当频率s f 高于50KHZ 以上时,可适当降低B ∆来减少铁损,以保证铁损和铜损所造成的温升在可接受的范围内.与此同时, B ∆的降低就不要求过低的剩磁,因此气隙可适当减小,以减少励磁能量和漏感能量所带来的损耗.气隙在反激拓扑磁芯中的应用.反激拓扑磁芯和正激一样仅运用于磁滞回线的第一象限,独立出来讨论是因为它有其自身的特殊性.它在主开关导通时利用初级线圈储能,关断时向二次侧线圈放能来完成能量转换,同时完成置位和复位功能,如图(五)图(六)所示.即初级电感量与输出功率有关,因此初级电感量的设计显得尤为重要.图(五) 储能阶段图(六) 释能阶段首先根据输入电网的要求确定箝位电路的箝位电压及开关管的反峰耐压(宽电压输入与窄电压输入不一样),并根据最大输入电压及箝位电压可计算出初次级匝数比,根据最小输入电压和匝数比可计算出最大占空比D max .最大占比D max 的确定必须满足置位复位伏秒积关系: r o f f on on T V T V = CRM/CCM ：T r =T off CDM ：T r ＜T off(其中T r 为磁芯复位时间.对于CDM 模式,可根据T on(max)+T r =0.8T S 确定最大导通时间以保证在最低输入电压下不进入CCM 模式)由公式(一)可得：If D V I T V I T V L s on on on onon m ∆=∆=∆=max (min)(max)(min)其中I ∆为初级绕组斜坡电流幅值,可按下式计算:max(min)(max)/2D V P K I on o R η=∆ 公式(七)(K R 为临界系数,CRM/CDM K R =1 CCM K R =0.2~0.5 P o(max)为最大直流输出功率,η为电源效率）反激拓扑一般应用于输出功率较小场合, 铁损和铜损较好处理,根据公式(一)AeN I L B P m ∆=∆可看出ΔB 与N P 、Ae 成反比.因此,在ΔB 及铜损可接受的情况下可尽量增加N P 以求达到合理成本的磁芯规格,当N P 、Ae 初步确定后,可根据公式(五)2P ae a r r o mN l l l Ae L -+=μμμ导出:)1(2-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=r e m P r l L A e N la μμμο 考虑到反激拓扑靠励磁能量向二次侧传输功率,因此其峰值磁密可工作于磁滞回线的弯曲部分,电感饱和度可达到50%甚至更高.一般来说ΔB 上限可取0.2T 左右,频率高于50KHZ 时可适当降低以限制铁损, B m 可取到0.3T 左右(具体值选择可视实际材料在某些极限条件下不会产生瞬态饱和为宜).气隙长度及初级匝数N P 可按上述参数设计,由于r μ很大,所计算出的a l 一般满足:r ia l l μ>>下面开始计算反激拓扑磁芯的峰值磁密B m.对于CRM/CDM 型,其峰值磁密B m 的算法和正激拓扑一样:)(withgap r m B B B +∆=,但反激拓扑磁芯的a l 一般较大,)(withgap μ更小,剩磁)(withgap r B 可忽略.因此CRM/CDM 型磁芯峰值磁密可按B B m ∆=计算.（气隙长度，或等效气隙长度对反激只是调节参数，重要参数是电感量，通过调节气隙达到需要的电感量，如果气隙太大（例如小功率大约几mm ），说明磁芯尺寸选择不正确。

磁芯产品电感、特性提升改善报告

磁芯产品电感、特性提升改善报告为了更好地满足贵司产品的使用需求，我司对于铁氧体磁芯产品特性的提升，开展了积极的品质提升工作，并取得了明显的成效。

现将去年至目前的产品品质改善工作情况，和我司今后进一步的改善方案，汇总向您报告如下：一、磁芯产品存在电感低（或者离散性大）现象的主要原因分析我司一直都在密切关注，并积极、努力地提升和改善磁芯产品品质。

我司认为，磁芯产品存在电感L低现象的主要原因，为以下三方面：1：由于磁性材料自身的晶体结构和固有的内禀特性，每款材质的磁导率μi （电感L），都不是固定值，而是具有一定的分布区间。

例如：5k材质磁导率μi （电感L）公差：± 25%；10k以上材质磁导率μi （电感L）公差，更宽达：± 30%。

因此，粉体制造商生产粉体时，如果选用物理/化学特性较好的原材料（主要指氧化铁），选择更加优化的配方和杂质比例（氧化铁、四氧化三锰、氧化锌和相应的杂质添加物），选用更加先进的生产设备，则可以获得：物理特性均匀（比如粉体的：松装比重dB、流动角θ、粒度分布GD、平均粒度Φ等）、电磁特性优良的粉体。

可以适当地降低、缩小所生产出磁芯产品的电感L的公差分布的带宽。

亦即：粉体材质的自身特性好，可以有效地改善磁芯产品的性能以及一致性。

2：磁芯产品的电感L及其公差分布的带宽，与磁芯产品的形状和结构，也密切相关。

对于是“闭路”结构，比如：环型磁芯，则几乎等同于材质的电感L的公差。

对于“开路”结构（比如：E型、U型等，人为地开气隙，或者加垫气隙片），则其电感L的公差范围，可由：± 30%，降低为± 10%，乃至± 5%。

因此，无论从理论上讲，还是实际生产经验来看，“闭路”（环型）结构的磁芯产品，其磁导率μi （电感L）的公差范围，一定会比相同材质的“开路”结构的磁芯产品要大。

3：磁芯产品的生产制程工艺，也会对磁芯产品的电感L及其公差分布的带宽，以及一致性等，产生影响。

磁芯受压不良分析报告

磁芯受压不良分析报告一、问题描述磁芯是电力变压器中的重要部件，起到增加磁通量、降低铁心磁阻、提高变压器性能的作用。

然而，在实际操作中，我们发现一些磁芯出现了受压不良的问题。

具体表现为磁芯表面出现凹陷、变形等现象，严重影响了变压器的正常工作。

二、问题原因分析经过对受压不良的磁芯进行仔细观察和分析，我们发现存在以下几个原因：1.设计问题：磁芯的设计未能考虑到受力情况，未设置合理的加固结构，导致磁芯在装配和使用过程中容易受到外力的压迫，从而出现不良变形。

2.加工工艺问题：磁芯的加工过程中存在一些问题，例如切割过程中不够精确、加工误差较大等，这些问题会导致磁芯的形状不规则，容易受到外力的压迫。

3.安装工艺问题：磁芯的装配过程中，如果没有采取适当的措施来保护磁芯，比如在放置和固定磁芯时没有垫上合适的垫片，就会导致磁芯受到额外的压力，从而产生不良变形。

4.运输和搬运问题：在运输和搬运磁芯的过程中，如果没有采取适当的保护措施，例如，没有选用合适的包装材料和固定方式，就会导致磁芯受到外力的作用，产生不良变形。

三、解决方案为了解决磁芯受压不良的问题，我们提出以下几点解决方案：1.优化设计：在磁芯的设计过程中，应该充分考虑到受力情况，合理设置加固结构，确保磁芯能够承受外力的作用而不发生变形。

2.改进加工工艺：在磁芯的加工过程中，应严格控制切割和加工精度，尽量减小加工误差，确保磁芯的形状规则，降低受力的风险。

3.完善装配工艺：在磁芯的装配过程中，应采取适当的措施来保护磁芯，例如，在放置和固定磁芯时使用合适的垫片，减少外力对磁芯的压迫。

4.完善运输和搬运工艺：在磁芯的运输和搬运过程中，应选择合适的包装材料和固定方式，对磁芯进行有效保护，避免受到外力的作用。

四、改进效果评估经过采取上述解决方案后，我们重新生产和使用的磁芯经过一段时间的测试验证，发现受压不良的问题得到了显著改善。

非良率下降了30%，磁芯的使用寿命得到了延长，变压器的性能稳定性也得到了提升。

气隙磁芯电感

把带气隙磁芯磁导率看成整个磁系统的磁导率
NI =
μ0 μr
Bc
lc +
Bδ
μ0
δ=
μ0 μr
Bc lc
(1 +
μ rδ
lc
)=
μ0 μe
Bc lc
则有效磁导率
1 ⎧ ⎪1 μr ⎪ μ +δl =⎨ μe = r c μ rδ ⎪ 1+ lc lc lc ⎪ δ → μr ? δ ⎩
(例如μi=2000,lc=20cm,δ＝2mm，0.2mm)
维持电感量措施
边缘磁通相当于气隙等效面积Aδ增加，电感加大：
μ0 Aδ L= =N I δ ψ
2
所有磁通都通过磁芯，磁芯截面没有变，磁感应增加。维持L不变，只有增加气隙δ。如果减少匝数，将增加B，可能引起饱和和损耗大。 LΔI LI
N=
Ae ΔB
≈
Ae B
（电磁感应定律求）
边缘磁通对电感性能影响
电感能量
电流产生磁场，即建立磁场能量（环形为例）
Wm = ∫ AlHdB = V ∫
0
B
B
0
VBH LI HdB = = 2 2
2
环形气隙磁场能量
Vc B Vδ B + Wm = 2 μ0 μ r 2 μ0
2
2
气隙能量与磁芯能量比
Wδ Vδ μr δμr = = k= Wc Vc lc
（忽略散磁通）
如果是环形闭合磁路磁芯
ψ
电感与磁芯μ成正比。如果μ随电流改变，电感量也随之变化，电感为非线性电感。
电感单位
电感单位为亨利，简称亨，符号为H。定义：线圈通过1A电流，产生总磁链为1Wb，则电感量为1H。也可以这样定义：在1秒内线圈电流从零线性增长到1A，线圈两端感应电势为1V，则线圈电感量为1H，也等于1欧秒（Ωs）

磁导率初始磁导率

磁导率初始磁导率如果没有别的因素限制，那么磁导率肯定越高越好。

磁导率高，意味着所需要的线圈圈数可以很少，变压器和电感器的体积可以很小。

但现实是：磁导率越高，磁感应强度越高，而磁芯材料所能工作的磁感应强度围是有限的，所以有时候我们不得不设法减小有效磁导率，以避免磁芯饱和AC滤波器的选择就灵活了.流过电流通常不大,没那么多要求,磁导率可以在10-12K都OK.相同的磁密, 储能密度与磁导率呈反比, 电感如果是储能用, 那么就选低u的. 如果是作磁放, 那得选高u矩磁.变压器, 原则上磁导率用大些, 以利于减小励磁电流, 励磁电流分量并不能传递到次级, 因此要越小越好. 但是也不是盲目的大, 太大也不好, 如磁集成LLC便需要具有相当大的励磁电流. 要求磁导率适中选用较高磁导率的铁氧体磁芯，磁感应强度就会越大，这样所要求的线圈匝数就会越小，变压器体积就会相对更小。

磁导率高了，同样的电感量可以用更小的磁芯；但是，更容易饱和。

所以，要计算选择高μ值的铁氧体，绕制匝数可能会少点，但是得注意电感量以及饱和问题。

如果对质量因素有要求的话，绕线匝数也不是越少越好。

μ高的材料在同样尺寸、同样匝数的情况下，肯定电感量大。

电感量大在大电流的情况下，反向电压就高，磁通密度也就上升了，磁心就容易饱和了软磁材料为什么磁导率越高，能量存储越小E=VB²/2uE=uH²/2容量总会有限，导磁率高，励磁功率就小，用来做变压器是很好的，但作电流泵（flyback）用就不太适合了。

几句话讲明白，电感的能量为什么绝大部分存在气隙中？电路磁路电动势磁动势电阻磁阻电流磁通量的砖不但引出来很多玉，最后还能引出相声段子。

百家争鸣的确好，各抒己见，越辩越明。

73楼greendot给出的式子很好，相当有说服力，为了更清楚明白的表示，我又更调理的写出来了，如下最后一项左侧是磁芯的，右侧是气隙的能量，很明显，只要lg>>MPL/ur，那么绝大部分能量是在气隙中的。

磁芯如何开气隙

2.3 2.22%
5 2.28 2.39 4.82%
6 2.3
2.39 3.91%
7 2.49 2.54 2.01%
8 2.27 2.33 2.64%
9 2.51 2.58 2.79%
10 2.57 2.64 2.72%
11 2.53 2.63 3.95%
12 2.29 2.34 2.18%
13 2.47 2.54 2.83%
附: 一款PQ32型磁芯{气隙0.004mm(理论计算)}用G-500胶涂磁芯中柱后调测电感
中柱涂G-
500上固定 110度固化
夹后电感mH 并浸漆后电
序号（31℃）感（31℃）电感变比
1 2.24 2.31 3.12%
2 2.2
2.26 2.73%
3 2.24 2.27 1.34%
4 2.25
10%
15%
20%
25%
30%
9.09% 13.04% 16.67% 20.00% 23.08%
气隙误差 △/lg: 是由加工气隙设备的精度△(数显磨床精度为0.02mm) 和气隙深度lg(处决于客户要求的电感受量大小和无气隙之感量)决定的.
b: 以磨床的精度0.02mm为例,在其它条件固定不变的情况下,
5
0.037948 0.051747 0.068996 0.097305 0.12974 0.162175
电感跌落 L/Lg 气隙深度 lg
8
9
10 13.28
15
20
0.25948 0.291915 0.32435 0.430737 0.486525 0.6487
电感跌落 L/Lg 气隙深度 lg
2.53 2.55 0.79%