磁性元件
磁性元器件
磁性元器件
磁性元器件是一种由磁性材料制成的元器件，其功能极为重要，可用于高精度控制、电磁兼容等，在生活中无处不在。
磁性元器件是由磁性材料制成的，有板材类、磁芯、电磁铁等，可以根据现场环境、设备用途等，来选择不同材质及尺寸的磁性元器件。
由于它能用于控制高精度的系统，因此，在科技起步较晚的国家，它也深受消费者的喜爱。
从使用角度来说，磁性元件用于发电机的制造，可以有效的增大它的磁力，使发动机有更强的动力，从而提升电动机的效率，同时也可以防止发电机在工作中受高电流损坏;可用于各种传感器，有利于提高厂房电力计量的准确性和安全性，大大提高生产效率。
此外，磁性元件用于电磁兼容，采用磁性元件的组合和配置，可以有效的压制高频噪声，起到抗干扰的作用，提升电气设备的可靠性，保证设备的正常工作。
因此，磁性元器件在这个时代的电子科技的发展中起到了重要的作用，为现代电子设备的稳定性和可靠性提供了支撑，为人们提供了更加智能和便捷的生活体验。
磁性元件
变压器设计参数
设计变压器时，有两个重要参数，一个是窗口面积，它必须 保证能够使导线绕满，并且损耗最小。第二个参数是磁芯的 功率输出能力。这两个参数的直接关系式为： Pout=（1.16 Bmax· f· d· Ae· Ac）105 公式中，Pout：磁芯的输出功率，W； Bmax：最大磁通密度，T； f ：变压器的工作频率,Hz； d：导线的载流密度，A/m2 Ae：磁芯的有效截面积，cm2； Ac：磁芯的窗口面积，cm2
带气隙的磁回线图
变压器的基本原理
变压器的基本原理说明
如上图所示，当电流流过绕在磁芯上的
线圈时，在磁芯内会产生磁通，如果电 流是周期性的变化，并且在磁芯上还绕 着第二个线圈（也成为次级绕组），那 么会在第二个线圈上感应出电压和电流。
变压器的基本原理说明
一般情况下，高频变压器输出电压的大小与变压器的匝数成正比， 输出电流的大小与变压器的匝数成反比，并由下式决定： Np/Ns=Vp/Vs=Is/Ip 公式中，Np：变压器初级线圈Lp的匝数； Ns：变压器次级线圈Ls的匝数； Vp：加在变压器初级的电压，V； Vs：在变是高于其输入电压还是低 于其输入电压而分为升压变压器和降压变压器，有的变压器输出 有很多绕组，
基本磁学术语
弯曲点Hk：通常将内禀退磁曲线上的点Bi=0.9Br相对应的磁 场称为弯曲点磁场Hk，Hk越大意味着内禀退磁曲线的方形 度越好。 剩磁温度系数（αBr） 温度在某范围内变化时剩余磁感应强 度可逆变化的百分数与温度变化度数的比值，称为剩余磁温 度系数。 磁化强度矫顽力温度系数（βHcj） 温度在某范围内变化时， 磁化强度矫顽力可逆变化的百分数与温度变化度数的比值。
基本磁学术语
剩磁Br、 UoMr或 4πMr ：永磁体从磁化至技术饱 和并去掉外磁场后，所保留的Mr、UoMr或 4πMr或 Br，分别称为剩余磁化强度，剩余内禀磁感应强度 和剩余磁感应强度，它们统称为剩磁。 矫顽力：Hcb、 Hcj 使磁化至技术饱和的永磁体的B （磁感应强度）降低至零所需要的反向磁场强度称 为磁感矫顽力，同理，使内禀磁感强度UoM或Mr降 低至零所需的反向磁场强度称为内禀矫顽力。
5-磁性器件-PPT课件
电力电子技术研究室
第三章 开关电源中磁性器件设计
② 含较大直流分量，为使磁芯不饱和，必须加适当的 气隙。 ③ 此类磁芯希望其最大储能大，要求最大磁感应强度 大。
三 常用磁性材料
* 按磁滞回线宽窄，把磁性材料分为软磁性材料和硬磁性材 料两大类。 * 如果磁滞回线很宽，即Hc 很高，需要很大的磁场强度才能 将磁材料磁化到饱和，同时需要很大的反向磁场强度才能将材料 中磁感应强度下降到零，我们称这类材料为硬磁材料。 * 如铝镍钴，钐钴，钕铁硼合金等永久磁铁，常用于电机激 磁和仪表产生恒定磁场。这类材料磁化曲线宽，矫顽磁力高。
（3）材料性能
① 电阻率(ρ ) 锰锌铁氧体0.1～20Ωm、镍锌铁氧 体为104～106Ωm。 电阻率还与温度和测量频率有关。 ② 磁化曲线 右图是某型号铁氧体的低频磁滞回线
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第三章 开关电源中磁性器件设计
由于在铁氧体中存在粘结剂，与磁粉芯类似的原因，饱和过 程是缓慢的。 磁化曲线与温度的关系，在100℃时，饱和磁感应强度由常 温（25℃）的0.42T 下降到0.34T。因此，在选择磁芯时应考虑 这一因素。 ③ 损耗 磁芯损耗和工作频率与磁感应强度变化范围有关，可参 考赵修科《开关电源中磁性元器件》。
② 磁性比较弱（饱和磁感应强度大约为1T以下）；
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第三章 开关电源中磁性器件设计
③ 价格较贵，但磁导率比较高，可以代替硅钢片或 者坡莫合金，用作高要求的中低频变压器铁芯； ④ 例如漏电开关、互感器。 * 钴基非晶合金： ① 由钴和硅、硼等组成，有时为了获得某些特殊的 性能还添加其它元素； ② 由于含钴，价格很贵，磁性较弱（饱和磁感应强 度一般在1T以下），但磁导率极高； ③ 一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感 等，替代坡莫合金和铁氧体。 * 铁基纳米晶合金（超微晶合金）： ① 它们由铁、硅、硼和少量的铜、钼、铌等组成， 其中铜和铌是获得纳米晶结构必不可少的元素；
开关电源中的磁性元
根据电源转换需求，设计变压器 的线圈匝数、绕组方式、铁芯尺 寸等参数，以实现电压和电流的
转换。
电感器设计
根据滤波和储能需求，设计电感器 的线圈匝数、绕组方式、磁芯尺寸 等参数，以实现电流的滤波和储能。
互感器设计
根据信号传输需求，设计互感器的 线圈匝数、绕组方式、磁芯尺寸等 参数，以实现电压和电流的测量和 传输。
磁性元件面临的挑战
高温环境
随着开关电源工作温度的升高，磁性元件需要具备更高的耐热性能 和稳定性，防止高温下性能下降或失效。
电磁干扰
开关电源中的磁性元件会产生电磁干扰，对周围电路和设备产生影 响，需要采取有效的电磁屏蔽和噪声抑制措施。
可靠性问题
在高频、高温和复杂环境下，磁性元件的可靠性面临挑战，需要加 强元件的材料、结构和工艺等方面的研究。
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未来磁性元件的研究方向
新材料研究
探索新型的磁性材料，如纳米材料、高磁导率材 料等，以提高磁性元件的性能和适应性。
集成化研究
研究磁性元件的集成化技术，实现多功能的集成 和优化，提高开关电源的整体性能。
智能化研究
研究磁性元件的智能化技术，实现自适应调节和 控制，提高开关电源的智能化水平。
THANKS FOR WATCHING
在开关电源中，磁性元件通常用于实现电压和电流的转换、储能和控制等功能，是开关电源的重要组成部分。
磁性元件的种类
变压器
用于实现电压和电流的转换，通常由两个或多个线圈 绕在磁芯上组成。
电感器
用于实现储能和控制，通常由线圈绕在磁芯上组成。
磁性材料
用于制造磁芯，常用的磁性材料有铁氧体、钕铁硼等。
磁性元件在开关电源中的作用
磁性元件的热设计
2024年磁性元件市场发展现状
2024年磁性元件市场发展现状引言磁性元件是一种关键的电子元器件，广泛应用于电力转换、通信、计算机和消费电子等领域。
随着现代电子设备的迅速发展，磁性元件市场也在逐步扩大。
本文将对目前磁性元件市场的发展现状进行分析，并探讨其未来的发展趋势。
市场规模据市场调研机构统计数据显示，磁性元件市场自2010年起开始快速增长。
截至目前，全球磁性元件市场规模已经超过1000亿美元。
其中，亚太地区占据了市场份额的30%，欧美地区约为40%，其他地区则占30%。
预计未来几年，磁性元件市场仍将保持较高的增长速度。
主要应用领域电力转换磁性元件在电力转换领域扮演着重要角色。
由于其性能稳定且效率高，磁性元件广泛应用于变压器、电感器和电源系统中。
电力转换行业的快速发展推动了磁性元件市场的增长。
通信磁性元件在通信设备中的应用也十分广泛。
无线通信和光纤通信的发展对磁性元件市场提供了良好的机会。
例如，磁性滤波器用于通信信号的去噪，磁性存储系统则用于数据传输和存储。
计算机计算机设备中的磁性元件需求也在逐年增加。
随着计算机性能的不断提升，对磁性存储器和磁性传感器的需求也在增加。
此外，随着云计算和大数据技术的快速发展，磁性元件在服务器和数据中心中的应用也越来越广泛。
消费电子随着消费电子产品的普及，对磁性元件的需求也在快速增加。
移动设备、智能家居产品和汽车电子等领域都需要大量的磁性元件。
例如，手机中的振动马达和声音传感器，以及汽车中的传感器和电机，都离不开磁性元件的支持。
技术发展趋势小型化和集成化随着电子设备的迅速发展，对磁性元件的尺寸和重量要求也越来越高。
未来的发展趋势将主要集中在磁性元件的小型化和集成化方向。
通过采用新材料和新工艺，磁性元件的体积可以大大减小，从而满足电子设备对空间的要求。
高频和高温随着通信和计算机技术的不断进步，对磁性元件的高频和高温特性要求也在增加。
高频磁性元件可以提高通信设备的传输速度和带宽，高温磁性元件则可以应对高温工作环境下的需求。
磁性元件及高频变压器设计介绍
磁性元件及高频变压器设计成继勋 2009.12.31（2011.3.22修改）1 磁性材料的磁化1.1 磁化曲线在外磁场（或电流）的作用下，磁性材料被磁化，磁化曲线如图图1.1 图1.2 在交变磁场的作用下，形成磁滞回线。
H H B r 0μμμ== （1.1）H -磁场强度，SI 单位制A/m ；CGS 制：Oe （奥斯特），1A/m=4π×10-3OeB -磁通密度（磁感应强度，磁化强度）SI 单位制：T （Tesla 特斯拉）；CGS 制：Gs （高斯），1T=104Gs μ-磁导率，H/m （亨利/米）；μ0-真空磁导率，SI 单位制中μ0= 4π×10-7H/m ，CGS 制中μ0=1。
μr -相对磁导率，无量纲 在均匀磁场中SB ϕ=（1.2）φ-磁通量，SI 单位制：Wb （韦，韦伯）；CGS 制：Mx （麦，麦克斯韦）1Wb=10-8Mx S -面积，SI 单位制：m 2; CGS 制：cm 2Hs 称饱和磁场强度，Hc 称矫顽力 Bs 饱和磁通密度，Br 剩余磁通密度（剩磁）1.2 几个磁导率的概念（1）初始磁导率)0(0→∆∆=H HBi μμ （2）最大磁导率μm ：磁化曲线上μm 的最大值max0HB m μμ=（3）增量磁导率(脉冲磁导率) μΔDCH H HB =∆∆∆=0μμ图1.3即在具有直流偏置磁场时，再加上一个交流磁场，这时测得的磁导率。
（4）幅值磁导率 μa没有直流偏置时，交变磁场强度的幅值与磁通密度幅值的关系称为幅值磁导率μa（5）有效磁导率μe在磁路中存在气隙，即非闭合磁路条件下，测得的磁导率为有效磁导率1.3 安培环路定律图1.4 图1.5∑⎰⎰==I dl H l d H lαcos （1.3） 对绕N 匝线，电流为I 的磁环NI Hl l d Hl==⎰ （1.4）式中，l=2πr 为磁路长度，H 为磁芯中的磁场强度为lNIH =（1.5） NI F = （1.6）称为磁（动）势，单位A ，常称为安匝。
磁性元器件
磁性元器件简介磁性元器件是一类利用磁性材料制成的电子元件。
它们利用磁场的特性在电路中实现电能和磁能的相互转换，广泛应用于各种电子设备和系统中。
磁性元器件包括电感器、变压器、磁珠、磁芯等多种类型，每种类型的磁性元器件在电路中起到不同的作用。
电感器电感器是一种利用电脉冲在线圈中产生电磁感应的磁性元器件。
它具有阻挡交流信号、传递直流信号和存储能量的特性。
电感器通常由线圈和磁芯构成。
磁芯能够增加线圈的感应电流，提高电感器的效能。
类型电感器的类型包括固定电感器和可变电感器。
固定电感器的电感值是固定的，常用于滤波器、谐振电路等应用。
可变电感器的电感值可以调节，常用于调谐电路、振荡电路等应用。
电感器在电子设备中有广泛的应用。
在电源供电电路中，电感器可以用来滤除电源中的杂波，提供稳定的电源输出。
在通信系统中，电感器可以用来实现频率选择性，提供特定频率范围的信号传输。
变压器变压器是一种利用电磁感应实现电压变换的磁性元器件。
它由至少两个线圈和一个磁芯组成。
变压器利用电流在线圈中产生的磁场，通过磁芯传递到另一个线圈，从而实现电能的传输和变换。
原理变压器的工作原理是利用电流在线圈中产生的磁场。
当输入线圈中的电流变化时，磁场也随之变化。
这个变化的磁场会在磁芯中感应出电压。
这个感应电压会在输出线圈中产生相应的电流。
根据线圈的数量和用途，变压器可以分为单相变压器和三相变压器。
单相变压器有两个线圈，用于将输入电压变换为输出电压。
三相变压器有三个线圈，用于供电系统中的三相电流的变换。
应用变压器在电力系统中有重要的应用。
它们用于改变输电线路中的电压，实现远距离的电能输送。
变压器还用于电子设备中的电源变压和电路实验。
磁珠磁珠是一种小型磁性元器件。
它通常由磁性材料制成，具有环形或柱状的外形。
磁珠的主要作用是抑制高频电磁干扰和噪音。
原理磁珠利用材料的磁性特性吸收电磁能量，从而减少干扰和噪音的传播。
通过将磁珠串联在电路中，可以在高频电路中实现滤波和抑制电磁噪音。
磁性元件知识简介
第二章 磁性材料及特性
3.铁钴软磁合金 铁钴软磁合金为含钴27%~50%，其余为铁（或含有其他元素）的软磁合金。其主 要特点是具有较高的机械强度和高的饱和磁感应强度（Bs可高达2.45T），是目前 使用的软磁材料中Bs最高的合金。 铁钴软磁合金的缺点是：钴含量在40%~60%时，合金变脆，电阻率也很低不易在 高频下使用；钴价极高，故合金成本很高。在铁钴合金中添加其他合金的方法，如 添加2%的钒（V）等可改善脆性，使其可以冷加工，同时电阻率也明显提高。 目前主要应用在航空400Hz电源变压器上的为Co50-Fe型合金（含2%的钒）牌号为 1J22合金，也称铁钴钒合金。带厚为0.1mm，损耗在1.8T/400Hz条件下，损耗为： 20W/Kg 材料价格约1500元/公斤。
合肥磁越电子科技有限公司 培训资料
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第一章 磁的基本知识
磁芯的饱和过程见下图，磁芯中的磁通是从磁芯内侧逐步到磁芯的外侧扩 散，直至磁芯的完全饱和。
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第一章 磁的基本知识
6.磁滞回线（B-H回线） 当磁性材料进行一个磁化和去磁的完整周期后， 其结果如图所示。这个图表示从一个中性 的磁性材料，即其B-H回线通过原点X开始。 当H增加时，磁通密度沿着虚线增加 。 到饱和点Bs。这时当H减小时，B-H回线 将沿着一个较高水平的路径回到Br，此处 H为零且磁芯仍处于被磁化状态。这一点 的磁通Br被称位剩余磁通。
磁性元件知识简介
第一章 磁的基本知识
磁性是自然界中某些物质（如铁、钴、镍等）的特殊的物理性能。 电磁存在两种不同的计量单位——国际单位制（MKS制，即米-千克-秒制） 和实用单位制（cgs制，即厘米-克-秒制） 1.真空中的磁特性 一段载有直流电流I的长直导线 在导线周围产生一圆形磁场如图 所示， 一直导线周围磁力线的方向可 用“右手定则”来决定：当用右手 抓住导体，拇指的方向使电流流 动的方向时，其他手指的指向就是磁力线的方向。
磁环 磁珠 磁环共模
磁环磁珠磁环共模
磁环、磁珠和磁环共模是电子电路中常用的电磁干扰抑制元件，用于抑制高频噪声和电磁波干扰。
以下是它们的简要介绍：
1. 磁环（Ferrite Bead）：
- 磁环是一种无源元件，通常由铁氧体磁性材料制成，具有高磁导率和高频阻抗特性。
- 它的作用是在电路中抑制高频噪声和电磁波干扰，通过将噪声能量转化为热能来减少干扰信号的传输。
- 磁环常用于电源线、信号线等电路中，以降低EMI（电磁干扰）和提高信号完整性。
2. 磁珠（Ferrite bead）：
- 磁珠是一种小型的圆柱形磁性元件，也由铁氧体材料制成。
- 它的作用类似于磁环，但比磁环更小，常用于高频电路中，如射频电路、高速数据传输线等。
- 磁珠可以有效地抑制高频噪声和反射，提高信号的质量和传输速率。
3. 磁环共模（Common Mode Choke）：
- 磁环共模是一种特殊的磁环，用于抑制电路中的共模噪声。
- 共模噪声是指在信号线或电源线中同时存在于两根导线上的噪声信号，它会对电路的正常工作产生干扰。
- 磁环共模通过将两根导线穿过磁环的中心孔，利用磁环的高磁导率和阻抗特性，将共模噪声抑制在磁环内部，从而减少其对电路的影响。
总之，磁环、磁珠和磁环共模都是用于抑制电磁干扰的元件，它们在电子设备中广泛应用，以提高电路的抗干扰能力和信号完整性。
在选择和使用这些元件时，需要根据具体的电路需求和噪声特性进行合理的选择和布局。
磁性元件的设计
2、第Ⅰ类工作状态
铁芯线圈的外加纯交流励磁电压u，励磁电流双向流 动。
uNd NAdB
dt
dt
udt NAdB
• t:(0udtNA dB
0
B(0)
S NAB
S+为电压u在(0-T/2)区间内的积分，也即：u波形与横 轴（0-T/2）包围区域的面积，其单位（伏秒）。
7、铁芯损耗
N匝
i
• 磁滞损耗
i 2Isint
l
i Hl
N
u NA dB dt
B Bm
Br
A1
0
H
-Br
Q h0T 2uidt B B rrNAd dB tH N ldt B B rr AlHdBV B B rrHdB V( B B m rHdBB B m rHdB)V( B B m rHdBB B rmHdB)V(A1A2)
适用于电力变压器和交 流电感。
• 损耗与含硅量、厚度和 工作频率有关。工作频 率高，则选高硅薄带。
50Hz-0.35mm
400Hz-0.2mm
1kHz-0.1mm
2、软磁铁氧体
• 陶瓷磁性材料，呈暗灰色或者黑色，质地非常坚 硬、脆而易碎。分为锰锌铁氧体或镍锌铁氧体。
• 电阻率是硅钢片的百万倍，涡流损耗极小，工作 频率可达几kHz~几千kHz，适用于小功率、高频 功率变压器、谐振电感和直流滤波电感。
l0
l0r0r0
1rr0
l0
添加气隙后，等效磁导率 下降，导致B=f(H)的斜率 变小。
B B1
H1
H2
H
磁路中任意一点的磁密都相等。当磁通密度达到该
铁芯材料的Bs时，铁芯就会饱和，与是否有气隙无 关。因此，无论气隙多大，铁芯磁饱和时的磁密不
磁性元件知识要点
磁性元件知识要点磁性元件是一种具有特殊磁性特性的器件，常用于电磁传感器、磁扫描器、磁存储器、磁传输装置等应用中。
磁性元件主要包括磁铁、磁芯、电磁线圈等。
1.磁铁：磁铁是磁性元件中最常见的一种，它具有磁性并能产生磁场。
常用的磁铁有永磁磁铁和电磁铁两种。
（1）永磁磁铁具有恒定的磁性，不需要外界电流就能产生磁场。
常见的永磁材料有铁氧体、钕铁硼等，常用于磁扫描器、电机等。
（2）电磁铁需要外界电流的激励才能产生磁场。
通常由线圈和铁芯构成，电磁铁的磁性大小和方向可以通过调节电流大小和方向来控制。
常用于电磁传感器、电磁继电器等。
2.磁芯：磁芯是一种将磁场集中和导引的元件，常用于电感器、变压器、电源滤波器等。
磁芯材料的选择和设计对于磁性元件的性能具有重要影响。
（1）硅钢片是一种常用的磁芯材料，具有低磁导率和低磁滞损耗，适用于高频应用。
（2）铁氧体是一种具有高磁导率和高磁饱和感应强度的磁芯材料，适用于高频电感器和变压器。
（3）氧化铁磁芯具有高磁导率和低损耗，适用于高频应用。
（4）纳米晶磁芯具有高饱和磁感应强度和低磁滞损耗，适用于高频应用。
3.电磁线圈：电磁线圈是一种通过电流激励产生磁场的元件，常用于电磁传感器、电磁继电器、电磁阀等。
电磁线圈的性能主要由线圈参数和材料特性决定。
（1）线圈参数包括匝数、截面积、导线电阻等。
匝数越多，产生的磁场强度越大；截面积越大，导线的电流容量越大；导线电阻越小，导线的功耗越少。
（2）线圈材料应具有良好的导电性、机械强度和耐腐蚀性。
常用的线圈材料有铜、铝等。
4.磁电效应：磁电效应是指在磁性元件中，由于外界施加电场或磁场的作用，导致材料内部产生的磁场或电场发生变化。
常见的磁电效应有磁阻效应、磁电效应和电磁效应。
（1）磁阻效应是指材料的电阻随着磁场的变化而变化，用于磁阻传感器和磁存储器。
（2）磁电效应是指材料的极化电荷和应变随着磁场的变化而变化，用于磁电传感器和磁存储器。
（3）电磁效应是指材料的极化电荷和应变随着电场的变化而变化，用于电磁传感器和电磁继电器。
磁性元件材料介绍
磁性元件原材料一般包括以下幾類:
◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 鐵芯 Core/Si-steel/Ni-Steel 塑膠 Bobbin/Base/Cover 線材 Magnet Wire/Triple Insulation Wire/TNC … 銅箔/銅箔膠帶 Copper Foil/ Copper Foil Tape 五金件 Frame/Clip … 絕緣與導熱材料 Insulator /Tape/Tube … 化材 Varnish/Adhesive/Ink/Solder Bar … 包材 Packing
磁性材料(按材質分類) 金屬磁性材料 軟磁 矽鋼片(Si- steel)
金屬磁性 材料
鐵粉鐵芯(Iron Powder Core) 坡鉬合金(MPP Core) KOOL Mµ CORE 永磁(硬磁):磁鋼(矽鋼,碳鋼等) 尖晶石型:大多數軟磁鐵氧體 按晶體結構 石榴石型:大多數永磁鐵氧體 分類 平面六角晶系:高頻鐵氧體,永磁鐵氧體 Mn-Zn:低頻,高μ Ni-Zn:高頻 Li-Zn:偏轉 軟磁 Mg-Zn: 偏轉 鐵氧體 Co-Base:甚高頻 磁性材 Fe-Base:甚高頻 料 按磁性分 磁石:等方型,異方型(干式等方和濕式等方) 類 硬磁(永磁) 膠磁(粘結鐵氧永磁體:Rubber Magnets):分等 方型和異方型,主要用于直流風扇,兒童寫字 旋磁:用于微波器件,如TV接收機,通信發射接收雷達等 軟磁:用于數模轉換(A/D或D/A) 矩磁 硬磁:用于電腦記憶體等 壓磁(壓敏磁芯):用于居里溫度器件 其他 粘結釹鐵硼永磁(Bonded Nd-Fe-B Magnets) 軟磁
特性 初導磁率(Ui ) 飽和磁通(束)密度(Bs) 保磁力(矯頑力) (Hc) 殘留磁通(束)密度(Br) 品質因數(Q) 居里溫度(Tc) 電阻系數(電阻率) 溫度特性 磁場特性 頻率特性 時間特性 機械特性
磁性元件的发展趋势
磁性元件的发展趋势随着电子技术的快速发展，磁性元件作为一种重要的电子元器件，在电子设备中发挥着重要的作用。
磁性元件主要包括电感器、变压器、磁性材料等。
在现代电子设备中，它们广泛应用于通信设备、计算机、手机、汽车电子、医疗设备等领域。
回顾磁性元件的发展历程，可以看出它们从最初的铁芯电感器、传统变压器到现在的高频电感器、小型变压器等形态的发展变化。
磁性元件的发展趋势主要表现在以下几个方面：1. 小型化：随着电子设备的迅猛发展，对磁性元件的要求也越来越高。
因此，磁性元件的小型化成为一个重要的发展趋势。
过去的铁芯电感器和变压器体积庞大，难以适应小型化设备的需求。
而现在，随着新材料和新工艺的出现，磁性元件的体积逐渐减小，可以实现更高的集成度和更紧凑的设计布局。
2. 高频化：随着电子设备工作频率的不断提高，对于磁性元件的高频性能也提出了更高的要求。
高频电感器和高频变压器的出现使得电子设备可以在更高的频段工作，同时带来了更高的能效和更快的响应速度。
为了适应高频工作环境，磁性元件不仅要求有较好的高频特性，还要具备较低的损耗和较高的能效。
3. 高温高磁化强度：在一些特殊应用领域，如航空航天、军事、新能源等，对磁性元件的工作环境提出了更高的要求。
在高温环境下，磁性元件需要能够保持较稳定的性能，并具备较高的磁化强度。
因此，发展具备高温稳定性和高磁化强度的磁性材料，是磁性元件发展的重要方向之一。
4. 低功耗、高效率：随着节能环保理念的推广，电子设备对于功耗和能效的要求也越来越高。
磁性元件在电子设备中所占的功耗比重较大，因此，发展低功耗、高效率的磁性元件成为一种重要趋势。
通过降低磁性材料的能耗、提高磁性元件的能效，可以实现电子设备的高效节能和低碳环保。
5. 多元化应用：除了传统的电感器、变压器等磁性元件，在新兴领域中有了更广泛的应用。
例如，磁性传感器、磁存储器、磁性随着电子设备的智能化和物联网的快速发展，磁性元件在涉及到磁场感应、数据存储、电能转换等方面的应用也日益增多。
第九章特殊磁性元件
第九章 特殊磁性元件除了电感和变压器以外，在开关电源还用到一些特殊的磁性元件：交流和直流电流互感器、磁调节器和尖峰抑制磁珠等，这些磁性元件功能不同，设计要求也不同。
本章简要介绍这些元件的设计方法。
9.1 电流互感器在开关电源经常需要检测电路中电流：如APFC 电路中检测输入电流用来跟踪输入电压；在电流控制型控制中需要检测功率管电流控制脉冲宽度；双极型晶体管比例驱动集电极电流检测以及检测输出电流用来保护、均流和显示等等。
在逆变器中，检测输出电流实现双环控制、显示和并联均流等。
电流检测可以利用电阻和霍尔元件（LEM ）。
但电阻或分流器检测，前者损耗大，易受干扰，很难做到高精度，只用于小功率，后者体积大；而用LEM 检测，虽然精度高，但成本太高。
电流互感器特性介于两者之间，得到广泛应用。
既然作为检测元件，互感器设计的出发点就是保证检测精度。
一般的电流互感器要能保证检测精度，应当是恒定负载阻抗；零漏磁通；零激磁电流和无限大的磁通密度。
对检测互感器来说负载阻抗一般是恒定的，由于采用环形磁芯，次级又均匀分布在磁环的圆周上，可以忽略的漏感是可以做到的。
但零激磁电流和无限大磁通密度是绝对做不到的，因为磁导率不是无穷大和磁芯有限的饱和磁通密度。
设计在精度、尺寸、和成本之间折中。
设计原理与一般变压器相同，步骤和磁芯选择稍有不同。
初级一般1匝或很少几匝，次级匝数很多，匝比一般为100或更多。
9.1.1 交流互感器9.1.1.1 基本原理交流互感器一般采用环形磁芯，初级线圈N 1一匝或数匝,而次级N 2匝数较多。
为便于测量，次级通常接有检测电阻R ,将电流信号变换成电压信号，如图9.1 所示。
假设初级流过正弦波交流电流I 1时，次级感应电压产生一个输出电流I 2。
根据回路安培定律有i N i N Hl 1122-= (9.1)式中H －磁芯中磁场强度；l －磁芯平均磁路长度。
i 1和i 2为初级和次级瞬时电流。
次级反射到初级的电流有效值I 2’为I NN I 2212'= (9.2)因此初级电流有效值为I I I m 12=+' (9.3)式中I m －磁化电流。
磁性元件基础知识
磁性元件基礎知識一、電感:由導體線圈繞制而成,能夠存儲能量,字母代號L電路符號：二、基本單位：亨利字母代號H單位換算關系是:1H(亨)=103mH(毫亨)=106uH(微亨)三、電感的特性：通直流、阻交流物理現象：1.通電的線圈會產生磁場，磁場的方向(右手—母指對著電流的方向時，四指指向為磁場方向N極)2.閉合的線圈處在變動的磁場時會產生感應電動勢及電流，電動機或發電機就是根據以上兩個現象發明的3.當線圈通入變動電流時,線圈就會產生變動的磁場,而變動的磁場又會使線圈產生感應電動勢,這種現象叫自感,自感所產生的感應電動勢是與輸入線圈反向的,它總是阻礙通入線圈電流的變化,所以特性阻交流四、電感的作用：濾波、振蕩、扼流等五、CORE(鐵芯)燒結知識1.細顆粒原材料：在同樣燒結溫度下,可獲得最大的燒結密度和最大的導磁率2.預燒溫度低於800℃時,燒結密度幾乎是恆定的,當超過800℃時,燒結密度就會變小3.採用高純原材料及低氧材料(如5%氧)可導致高的直流電阻率和高的Q值六、CROE(鐵芯)制作流程稱量(原料配方)→混合(砂磨機碾磨1H)→預燒(900℃*2H)→磨細(砂磨機碾磨1H)→混合(加適量的T1O2可以比原材料的電阻率增加1000倍)→造粒→成型(氣壓為147MPA)→燒結(125℃*3H)→冷卻→測量七、磁芯按磁性可分為硬磁和軟磁硬磁也就是永磁(Hard Ferrite)：本身具有磁性或經過充磁以後,充磁源離開磁性會保存下來,一般都是稀土材料,如:鍶、錋軟磁(Soft Ferrite)本身無磁性,經過充磁後產生磁場,結束充磁源離開磁性消失八、常見的幾种鐵芯材料之特性九、幾种特殊磁粉芯主要用途和性能1、鐵鎳且(MPP)磁粉芯：(灰色)Q值最高，而且磁芯損耗最低，其溫度性能和交流磁通性能最穩定，它具有最寬的磁導率可選範圍，是開關電源中直流輸出濾波電感器的最佳選用材料。
在兆赫玆級的應用場合是非常適用的，最適合用於精密音頻調諧電路，高Ｑ值濾波器，負載線圈，對頻濾波器和許多其它精密電感器的應用場合。
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• 不可於兩組繞線同時加上電壓源
磁性元件 Magnetic Device
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• Implication of Ampere’s law
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4. 電感 (Inductor ）
Total magnetic flux linked by Nturn coil Ampere’s Law (linear model) (assume L is linear )
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1. 法拉地定律 (Faraday’s Law)
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2. 變壓器 (Transformer）
dφ ⎫ (t ) ⎪ v N dt ⇒ 1 = 1 dφ ⎬ v2 N 2 v2 (t ) = N 2 (t )⎪ dt ⎭ v1 (t ) = N1
•理想變壓器：Ideal transformer is lossless
v1 (t )i1 (t ) + v 2 ( t )i2 (t ) = 0
i1 N2 =− i2 N1
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•變壓器阻抗轉換
v1 N1 = ; v2 N 2
i1 N 2 = i2 N1
V2 = Z L I 2 (Ohm' s Law)
V1
N2 N = Z L I1 1 N2 N1
2
⎛N ⎞ V1 = Z1 = ⎜ 1 ⎟ Z L ⎜N ⎟ I1 ⎝ 2⎠
Z1 = impedance, Z L , reflected into the primary side
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變壓器方程式 (Transformer Equation）
L : Inductance, λ : flux linkage
Faraday’s Law
v=
dλ d di dL di = (Li ) = L + i =L dt dt dt dt dt
(L is constant)
電流產生磁通鏈 （安培定律）
Ideal Inductor
磁通鏈對時間的變化產生電壓 （法拉地定律）
t
= ∫ L1i1 (t )di1 (t )
0
1 2 = L1i1 (t ) 2
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5. B-H Loop
磁性元件 Magnetic Device
• 磁性肌膚效應（Magnetic Skin Effect）
• 磁滯損
磁性元件 Magnetic Device
• Linear Core
• 弦波輸入 e
• 方波輸入 (Square wave input）
V peak
dB dφ V =N = NA dt dt
2f V peak = 2 fNABmax = 4 fNABmax
= NA∇B = NA(2 Bmax )
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4. 電感 (Inductor ） ‧電感能量
di1 (t ) p(t ) = v1 (t ) ⋅ i1 (t ) = L1 ⋅ i1 (t ) dt
w(t ) = ∫
t 0 ii
⎡ di1 (t ) ⎤ p (t )d (t ) = ∫ ⎢ L1 i1 (t )⎥d (t ) 0 dt ⎣ ⎦
V ⋅ ∇t = 2 NABmax
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磁通平衡 (Flux Balance）
• 防止磁通移動 (Flux Walking）造成鐵心飽和 - 氣隙鐵心 （small air-gap in the core）
- 小串聯電組 - 直流阻隔電容
磁性元件 Magnetic Device
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• Square loop core
磁性元件 Magnetic Device
• Effect of Air Gap
磁性元件 Magnetic Device
• Power Transfer Capability