高频变压器磁芯如何选型
浅谈高频变压器磁芯的选用如何选型
浅谈高频变压器磁芯的选用如何选型高频变压器磁芯的选用是变压器设计中非常重要的一环，直接影响了变压器的性能和效率。
选用合适的磁芯可以提高变压器的能量转换效率、降低功率损耗、增加功率密度等。
在选择高频变压器磁芯时，需要考虑以下几个关键因素：1.磁导率：磁导率是磁芯材料的一个重要参数，它反映了磁芯对磁场的导磁能力。
选择具有较高磁导率的磁芯能够提高能量传输效率。
目前常用的高频变压器磁芯材料包括铁氧体、磁性不锈钢、钴铁和镍铁合金等。
不同磁芯材料的磁导率各有差异，需要根据具体的设计要求和性能指标进行选择。
2.饱和磁场强度：饱和磁场强度是指材料的磁场强度达到一定程度时，磁化强度不再增加的临界值。
选择具有较高饱和磁场强度的磁芯可以提高变压器的能量转换效率和输出功率。
一般来说，磁导率越高的磁芯，其饱和磁场强度也较高。
3.损耗：磁芯材料的损耗是选择磁芯时需要考虑的另一个重要因素。
高频变压器在工作过程中会产生一定的涡流损耗和磁滞损耗。
较低的损耗能够提高变压器的效率和功率密度。
一般来说，铁氧体材料具有较低的涡流损耗和磁滞损耗，因此在高频变压器中应用较为广泛。
4.成本和可获性：在选用磁芯时，还需要考虑材料的成本和可获性。
一些高性能的磁芯材料可能价格较高或难以获得，而一些常见的磁芯材料则价格比较低廉。
因此，需要在高性能和经济性之间进行权衡，选择适合的磁芯材料。
5.尺寸和形状：磁芯的尺寸和形状也是选择磁芯时需要考虑的因素。
变压器磁芯的尺寸和形状会直接影响变压器的体积、重量和功率密度等。
因此，在设计变压器时需要综合考虑磁芯的尺寸和形状，以满足实际需求。
综上所述，高频变压器磁芯的选用是一个综合考虑磁导率、饱和磁场强度、损耗、成本和可获性、尺寸和形状等多个因素的过程。
通过合理选择磁芯材料和形状，可以提高高频变压器的性能和效率，满足不同的设计要求和性能指标。
高频变压器磁芯手册对照手册
高频变压器磁芯手册对照手册
摘要：
本文档是一份高频变压器磁芯手册对照手册，旨在为工程师和
相关人员提供有关高频变压器磁芯的详细指南。
本手册将讨论高频
变压器磁芯的基本概念、常见材质、设计要点以及选型参数等内容，帮助读者更全面地了解和应用高频变压器磁芯。
1. 介绍
1.1 高频变压器磁芯的定义
1.2 高频变压器磁芯的作用
2. 高频变压器磁芯的基本概念
2.1 磁芯材料
2.2 磁芯形状
2.3 磁芯参数
3. 高频变压器磁芯的常见材质
3.1 铁氧体材料
3.2 钕铁硼材料
3.3 氢氧化镍铁材料
4. 高频变压器磁芯的设计要点
4.1 磁芯的尺寸选择
4.2 磁芯的堆叠方式
4.3 磁芯的绕组设计
5. 高频变压器磁芯的选型参数
5.1 额定工作频率
5.2 磁通密度
5.3 额定功率
5.4 磁芯损耗
6. 高频变压器磁芯的应用领域
结论：
通过本文档，读者可以获得关于高频变压器磁芯的全面指南。
了解高频变压器磁芯的基本概念和设计要点将有助于工程师们在实。
高频变压器方案时挑选磁芯的两种办法
高频变压器方案时挑选磁芯的两种办法1面积乘积法这儿讲的面积乘积。
是指磁芯的可绕线的窗口面积和磁芯的截面积，这两个面积的乘积。
标明办法为WaAe，有些讲义和书本上简写为Ap，单位为。
依据法拉第规矩，咱们有：窗口面积运用状况有：KWalpha;=NAw变压器有初级、次级两个绕组。
因而有：KWalpha;=2NAw或0.5KWalpha;=NAw咱们知道：Aw=而电流有用值I=Ip得到以下联络式：0.5KWalpha;=即：所以就有如下式：因为：Edelta;Ip=Pi又有：Pi=究竟得到如下公式：这个公式适用于单端变压器，如正激式和反激式。
delta;＜0.5，Bm-T,K-0.3～0.4，eta;-0.8～0.9,J-A/。
推挽式的公式则为：半桥式的公式则为：这儿的delta;＞0.5，例如0.8～0.9。
单端变压器如正激式和反激式：Bm=△B=Bs-Br。
双端变压器如推挽式、半桥式和桥式：Bm=2Bpk。
全桥式公式与推挽式相同，但delta;＞0.5，例如0.8～0.9。
在J=400A/，K=0.4，eta;=0.8，delta;=0.4（单端变压器），delta;=0.8（双端变压器）。
公式简化如下：（单端变压器）（推挽式）（半桥式和桥式）2几许标准参数法这个办法是把绕组线圈的损耗，即铜损作为方案参数。
因而，公式恰是由核算绕组线圈的铜损的公式演化而来的。
变压器有两个绕组这儿为初级绕组电阻，为次级绕组电阻。
因为因而每个绕组各占一半窗口面积，悉数绕组线圈的铜损的公式：公式简化：改换两个参数的方位，公式变成：初级安匝与次级安匝持平的联络，以及电流有用值同峰值的联络。
上式进一步演化成：同理（碰头积乘积法）有：将两个式子代入，得出公式：与面积乘积法的办法相一同，公式变成如下办法：此公式合适各种电路办法。
Bm取值同面积乘积法。
3实习举例单端反激式电路。
输出功率Po=34W，输入最小直流电压Vi(min)=230V，输入电流峰值1.18A，占空比=0.25，频率f=68kHz，t=14.7mu;s，初级电感Lp=716mu;H，变压器功率eta;=0.8，电流密度J=400A/cm，Bm=0.11T，K=0.4，Pcu=0.34W。
磁芯种类和AP法选磁芯
磁芯种类和AP法选磁芯1. 引言磁芯是电子器件中的重要组成部分，广泛应用于通信、计算机、电力等领域。
不同的磁芯种类具有不同的特性和应用场景，因此在选择磁芯时需要综合考虑各种因素，如频率特性、磁化特性、尺寸和成本等。
本文将介绍一些常见的磁芯种类，并详细介绍AP法选磁芯的方法和步骤。
2. 常见的磁芯种类2.1 粉末磁芯粉末磁芯是由细小的磁性粉末和有机粘结剂组成的。
其主要特点是体积小、重量轻，具有较高的磁导率和低的涡流损耗。
粉末磁芯适用于高频电路和宽频带应用，如变压器、电感器等。
2.2 磁性氧化铁磁芯磁性氧化铁磁芯是一种由氧化铁制成的磁芯，具有优良的磁导率和饱和磁感应强度。
它具有高温稳定性和低温漂移性能，适用于高频和高温环境下的应用，如高频变压器、滤波器等。
2.3 铁氧体磁芯铁氧体磁芯是由铁、氧和一种或多种添加剂混合制成的磁芯。
它具有较高的饱和磁感应强度和磁导率，广泛应用于电力输配电设备、电机、传感器等领域。
2.4 铁氧体磁钴磁芯铁氧体磁钴磁芯是在铁氧体磁芯中加入少量钴元素制成的。
它具有更高的饱和磁感应强度和导磁率，适用于高频和高温环境下的应用，如高频电感器、磁存储器等。
2.5 铁氧体软磁磁芯铁氧体软磁磁芯是一种具有较低磁导率和饱和磁感应强度的磁芯。
它适用于高精度、低能耗的应用，如传感器、音频设备等。
3. AP法选磁芯的方法和步骤AP法即Analytic Programming法，是一种通过数学建模和计算机仿真来设计磁芯参数的方法。
它可以帮助工程师准确选择合适的磁芯，并优化设计参数，以满足特定的需求。
3.1 建立仿真模型首先，需要建立磁芯的仿真模型。
根据具体的应用和需求，可以选择合适的仿真软件，如ANSYS、MAGNET等。
在建立模型时，需要考虑磁芯的几何尺寸、材料参数、磁场分布等因素。
3.2 选择仿真参数根据设计要求，选择合适的仿真参数。
例如，可以设置输入电流、频率、磁场强度等参数。
通过调整这些参数，可以得到不同条件下的磁芯性能曲线。
开关电源使用的磁性器件中磁芯的选用及设计
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。
高频变压器磁芯手册对照手册
高频变压器磁芯手册对照手册高频变压器磁芯手册对照手册目录1、引言2、高频变压器磁芯的概述2.1 高频变压器磁芯的定义2.2 高频变压器磁芯的分类2.3 高频变压器磁芯的应用领域3、高频变压器磁芯的材料与结构3.1 高频变压器磁芯的材料3.2 高频变压器磁芯的结构4、高频变压器磁芯的性能参数4.1 饱和磁感应强度4.2 饱和磁通密度4.3 饱和磁场强度4.4 耐磁场线性度4.5 磁阻率4.6 导磁率4.7 磁芯损耗5、高频变压器磁芯的选择和设计5.1 磁芯尺寸的选择5.2 磁芯类型的选择5.3 磁芯的设计要点6、高频变压器磁芯的制造工艺6.1 磁芯的切割和成型6.2 磁芯的磨削和抛光6.3 磁芯的涂敷和固化6.4 磁芯的组装与测试7、高频变压器磁芯的维护与保养7.1 清洁和防尘7.2 检查和维修7.3 其他注意事项8、高频变压器磁芯的常见问题与解决方案8.1 磁芯容易损坏8.2 磁芯工作温度过高8.3 磁芯磁化不均匀8.4 其他问题及解决方案9、附件附件1、高频变压器磁芯选型表格附件2、高频变压器磁芯设计示例附件3、高频变压器磁芯制造流程图10、法律名词及注释10.1 饱和磁感应强度：磁芯材料在磁场中饱和时所能达到的磁感应强度的最大值。
10.2 饱和磁通密度：磁芯材料在磁场中饱和时所能容纳的磁通量的最大值。
10.3 饱和磁场强度：磁芯材料在磁场中饱和时所能产生的磁场的最大强度。
10.4 耐磁场线性度：磁芯材料在不同磁场强度下磁感应强度的变化程度。
10.5 磁阻率：磁芯材料对磁通量流动的阻力。
10.6 导磁率：磁芯材料对磁场感应强度的增强能力。
10.7 磁芯损耗：磁芯在工作时所消耗的能量和产生的热量的大小。
11、结束本文档涉及附件：附件1、高频变压器磁芯选型表格附件2、高频变压器磁芯设计示例附件3、高频变压器磁芯制造流程图本文所涉及的法律名词及注释：10.1 饱和磁感应强度10.2 饱和磁通密度10.3 饱和磁场强度10.4 耐磁场线性度10.5 磁阻率10.6 导磁率10.7 磁芯损耗。
高频变压器设计
基於LED照明電源的單級PFC高頻變壓器設計詳細步驟由於LED照明電源要求：民用照明PF值必需大於0.7，商業照明必需大於0.9。
對於10~70W的LED驅動電源，一般採用單級PFC來設計。
即節省空間又節約成本。
接下來我們來探討一下單級PFC高頻變壓器設計。
以一個60W的實例來進行講解：輸入條件：電壓範圍：176~265Vac 50/60HzPF>0.95THD<25%效率ef〉0.87輸出條件：輸出電壓：48V輸出電流：1.28A第一步：選擇ic 和磁芯：Ic用士蘭的SA7527，輸出帶准諧振，效率做到0.87應該沒有問題。
按功率來選擇磁芯，根據以下公式：Po=100*Fs*VePo：輸出功率；100：常數；Fs：開關頻率；Ve：磁芯體積。
在這裡，Po=V o*Io=48*1.28=61.44；工作頻率選擇：50000Hz；則：V e=Po/（100*50000）=61.4/（100*50000）=12280 mmmPQ3230的Ve值為：11970.00mmm，這裡由於是調頻方式工作。
完全可以滿足需求。
可以代入公式去看看實際需要的工作頻率為：51295Hz。
第二步：計算初級電感量。
最小直流輸入電壓：VDmin=176*1.414=249V。
最大直流輸入電壓：VDmax=265*1.414=375V。
最大輸入功率：Pinmax=Po/ef=61.4/0.9=68.3W（設計變壓器時稍微取得比總效率高一點）。
最大占空比的選擇: 寬電壓一般選擇小於0.5，窄電壓一般選擇在0.3左右。
考慮到MOS管的耐壓，一般不要選擇大於0.5 ，220V供電時選擇0.3比較合適。
在這裡選擇：Dmax=0.327。
最大輸入電流: Iinmax=Pin/Vinmin=68.3/176=0.39 A最大輸入峰值電流：Iinmaxp=Iin*1.414=0.39*1.414=0.55AMOS管最大峰值電流：Imosmax=2*Iinmaxp/Dmax=2*0.55/0.327=3.36A初級電感量：Lp= Dmax^2*Vin_min/(2*Iin_max*fs_min)*10^3=0.327*0.327*176/（2*0.39*50000）*1000=482.55 uH取500uH。
如何选择磁芯
MAGNETICS ：能提供最大的选择余地。
铁氧体磁芯：用于功率变压器和电感器的高频材料（10kHz - 2Mhz），用于电磁干扰滤波器、ISDN变压器和宽带变压器的高磁导率材料（高达15,000µ）；以及用于电信应用的温度稳定材料。
磁粉芯：（钼坡莫合金、高磁通材料和铁硅铝（Kool Mµ®））：用于串联滤波器、输出扼流圈和反激变压器。
带绕磁芯：（带绕磁芯、切割 c 型磁芯、骨架磁芯和叠片式磁芯）用于大功率变压器、音频变压器、磁放大器、接地故障断路器和电流互感器。
频率范围内阻抗很高，所以可抑制高频开关电源产生的高频噪声。
开关电源会产生以下两类噪声：共模和差模。
差模噪声（图1a）的传播途径和输入电流相同。
共模噪声（1b）表现为彼此相等且同相的噪声，其传播途径经绕组与地线相连。
为抑制电磁干扰，典型滤波器应包含共模电感器、差模电感器和X及Y电容器。
Y电容器和共模电感器用于衰减共模噪声。
电感器对高频噪声显示高阻抗，并反射或吸收噪声，同时，电容器成为到地的低阻抗路径，使噪声从主电路中分流出去（图2）。
为了实现以上功能，共模电感器必须在开关频率范围内提供合适的阻抗。
共模电感器由两组匝数相同的绕组构成。
这两个绕组使每个绕组中的线路电流所产生的磁通大小相等，而相位相反。
所以这两组绕组产生的磁通相互抵消使磁芯处于未偏置状态。
差模电感器仅有一个绕组，磁芯需要承受全部线路电流，并且在工作状态下不能饱和。
所以共模电感器和差模电感器有很大差异。
为防止磁芯饱和，差模电感器磁芯的有效磁导率必须低（间隙铁氧体或磁粉芯）。
但是共模电感器可使用高磁导率材料，并可用较小的磁芯获得非常大的电感。
选择材料开关电源产生的噪声主要位于装置基频处，并包括高次谐波。
也就是说，噪声频谱一般包括10kHz到50MHz之间的部分。
为了提供合适的衰减，电感器阻抗在此频带内必须足够高。
共模电感器的总阻抗有两部分构成，一部分是串联感抗（Xs），另一部分是串联电感（Rs）。
基于ap法选择高频变压器磁芯的公式推导及验证
基于ap法选择高频变压器磁芯的公式推导及验证下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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磁芯材料的选择
磁芯材料的选择
（1）高频损耗和饱和磁通密度，三种电感电流和磁通的交变成分大小不同，应区别对待。
①高频交流电感：例如，用于软开关电路中LC 谐振电路的谐振电感，
其特点是，电流只有高频交流成分，没有直流成分，磁通也是双方向磁化，
Bw＝2Bm，Bm 取大时磁心损耗也较大，应适当选取Bm 和选用损耗小的材料。
当选用磁粉心材料时，μ小的损耗也较小。
②直流滤波电感：电感电流以直流电流成分为主，高频交流成分较小，
通常交流成分峰值仅占直流额定电流的20%；高频损耗相对较小。
为了减小体积应选用Bs 较大的磁心材料，如铁粉磁心等。
③储能电感：分为电流连续型（CCM）和不连续型（DCM）两种：连
续型的储能电感如同上述直流滤波电感；不连续型的储能电感的交流电流成分
与直流电流成分相当，高频交流损耗较大，比高频交流电感小些。
（2）电感磁心型式尺寸的选择：电感磁心的尺寸大小与磁场能量大小有关。
对于功率体积设计法，由Aw·Ac来选择，对于调整率体积设计法，由Kd 来选择。
（3）气隙的集中和分散。
电感的磁动势（电流乘以匝数）是全部用来产生
磁通的，为在磁心中产生适当的磁通密度，Bw 可以从两种方案中选择。
①方案一：采用通常高频变压器用的〃值较高的磁心材料（μ值的大小
并不重要），磁路中加适当的集中式气隙（垫纸或纸板），以防止磁通进入饱和
状态；集中气隙的杂散磁场较大。
②方案二：采用低初始磁导率μi；的恒磁导率铁磁粉心环形磁心。
其外
形无气隙，实际上是用来黏合磁粉材料的黏合剂形成许多微小气隙、均匀地分。
如何选择变压器的磁芯
1、根据变压器的用途确定磁芯的类别:功率磁芯或高导磁芯. 功率磁芯主要做变压器-传输功率.不同形状磁芯适用变压器类型:EE功率磁芯、EEL功率磁芯、EF功率磁芯:功率传输变压器开关电源变压器宽频及脉冲变压器电源转换变压器主要材质:SSP-4EI功率磁芯:通讯设备用变压器电源转换变压器各种扼流圈主要材质:SSP-4EC功率磁芯、ETD功率磁芯:开关电源变压器电子镇流器脉冲变压器主要材质:SSP-4EFD功率磁芯、EPC功率磁芯:小体积、大功率开关电源变压器高周波开关电源变压器通讯设备用滤波电感器高触发变压器背光源主要材质:SSP-4PQ功率磁芯:功率传输变压器开关电源变压器滤波电感器宽频及脉冲变压器转换电源变压器主要材质:SSP-4RM功率磁芯:宽带变压器电源转换变压器开关电源变压器电感器载波频率滤波器高稳定性滤波器主要材质:SSP-4高导磁芯主要用于滤波器-波形整理,消除杂波使视频清晰或音频保真主要磁芯类型:EE型高导磁芯EEL型高导磁芯EI型高导磁芯EF型高导磁芯EP型高导磁芯UU型高导磁芯ET型高导磁芯FT型高导磁芯RM型高导磁芯T型高导磁芯2、根据工作频率,功率大小,电感量大小及安装空间确定磁芯尺寸:SSP-3材质适用工作频率范围:功耗温度系数为负值,即温度升高,功耗呈下降趋势,中心工作频率25KHz-200KHz SSP-4材质适用工作频率范围:中心工作频率100KHz-300KHzSSH-7、SSH-10、SSH-12材质适用工作频率范围:中心工作频率小于150KHz功率大小:小于5w可使用的磁芯:ER9.5, ER11.5, EE8.3, EE10, EE13, RM4, GU11, EP7,EP10,UI9.8,URS7 等5-10W可使用的磁芯:ER20, EE19, RM5, GU14, EFD15, EI22, EPC13, EF16,EP13,UI11.5等10-20W可使用的磁芯:ER25, EE20,EE25,RM6,GU18,EPC17,EF20等20-50W可使用的磁芯:ER28,ETD28,EI28,EE28,EE30,EF25,RM8,GU22,PQ20,EPC19,EFD20等50-100W可使用的磁芯:ER35,ETD34,EE35,EI35,EF30,RM10,GU30,PQ26,EPC25,EFD25等100-200W可使用的磁芯:ER40,ER42,ETD39,EI40,RM12,GU36,PQ32,EFD30等200-500W可使用的磁芯:ER49,ETD49,EC53,EE42,EE55,EI50,RM14,GU42,PQ35,PQ40,UU66等大于500W可使用的磁芯:ER70,ETD59,EE65,EE85,GU59,PQ50,UU80,UU93等滤波器电感量大小:绕线线径小于0.6mm时,线径影响可忽略AL=(L/N2)*1000000 (所需感量系数=滤波器成品电感量/绕线匝数的平方)AL:单位为nH/N2L: 单位为mH可根据上式计算AL值,确定材质注意:高导磁芯制做的变压器浸油后电感量会降低,幅度约5%,而且员工操作会有偏差1%,所以需考虑足够余量,避免出现不良产品.各种高导磁芯的AL值范围大体如下:(我司材质SSH7-SSH15)UU型磁芯:1300-6000(UU9.8,UU10.5,UU16,UU30)EP型磁芯:5000-12000(EP7,EP10,EP13,EP17)ET,UT型磁芯:1500-9000(FT20,ET20,ET24,ET28,ET35)EE型磁芯:1500-13000(EE5,EE8.3,EE10,EE13,EE16,EE19,EE25,EEL16,EEL19)。
高频磁芯功率与频率对照表
高频磁芯功率与频率对照表摘要：一、引言二、高频磁芯的定义和分类三、磁芯形状、材料、绕组匝数与功率、电流、频率的关系四、常用磁芯与应用功率对照表五、磁芯的选用原则六、结论正文：一、引言高频磁芯是一种应用于高频电路中的磁性元件，主要用于变压器、扼流圈等电子设备中。
它的主要作用是在高频电路中传递能量，同时对电路的信号进行处理。
根据不同的应用场景，高频磁芯可以分为多种类型，如主功率变压器、驱动变压器、平滑扼流圈、辅助功率变压器等。
本文将对高频磁芯的功率与频率对照表进行探讨，并介绍磁芯的选用原则。
二、高频磁芯的定义和分类高频磁芯是一种具有良好磁性能和高频响应特性的磁性材料。
根据磁芯的形状、材料和应用场景，可以将高频磁芯分为不同的类型。
常见的高频磁芯有EE 型、EEL 型、ER 型等。
这些磁芯具有不同的特点，如引线空间大、绕制接线方便、适用范围广、工作频率高、工作电压范围宽、输出功率大、热稳定性能好等。
三、磁芯形状、材料、绕组匝数与功率、电流、频率的关系1.磁芯形状：磁芯的形状决定了其磁性能和绕制方式。
不同形状的磁芯适用于不同的电路和应用场景。
如EE 型磁芯适用于主功率变压器，EEL 型磁芯适用于驱动变压器，ER 型磁芯适用于平滑扼流圈等。
2.磁芯材料：磁芯材料决定了磁芯的工作频率和磁性能。
常见的高频磁芯材料有铁氧体、镍锌铁氧体、锰锌铁氧体等。
不同材料的磁芯具有不同的工作频率范围和磁性能，需要根据实际应用场景选择合适的磁芯材料。
3.绕组匝数：绕组匝数决定了磁芯的电感量和输出功率。
一般来说，绕组匝数越多，电感量越大，输出功率也越大。
但是，绕组匝数的增加也会导致磁芯的热损耗增加，影响磁芯的热稳定性能。
因此，需要根据实际应用场景和工作条件选择合适的绕组匝数。
四、常用磁芯与应用功率对照表以下是一些常用的高频磁芯及其应用功率对照表：1.EE 型磁芯：主要用于主功率变压器，适用功率范围为10-1000W。
2.EEL 型磁芯：主要用于驱动变压器，适用功率范围为10-500W。
高频变压器磁芯的选择
1
饱 数
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频率 饱 损
许 度 将 许 过 率
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2 带
频率 则还 “软
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为 1 数将 进 率为 15～100kHz 应 压 PW3 料 频率为 1～3MHz 现 料 开
”行 标 IEC61332 1995 将 度应 率 料 料 了对 导率 率损 还 了“ ” 数 PW1～PW5 别 频率 PW1 料 频 扫 压 PW2 料 频率为 25～200kHz 应 开关 频率为 100～300kHz PW4 料 频率为 300kHz～1MHz PW5 料 内 产 当 PW1～PW3 料 PW4 料 量试 产 PW5
现对应 d2/ρ 关
频率 结
料
粒
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高频变压器的设计方法
高频变压器设计方法高频变压器的设计包括：线圈参数的设计，磁芯材料的选择，磁芯结构的选择，磁芯参数的设计，组装结构的选择等内容。
下面对高频变压器线圈参数的计算与选择、磁芯材料的选择、磁芯结构的选择、磁芯参数的设计和组装结构的选择进行详细介绍。
(1) 高频变压器线圈参数的计算与选择高频变压器的线圈参数包括：匝数、导线截面(直径)、导线形式、绕组排列和绝缘安排。
原绕组匝数根据外加激磁电压或者原绕组激磁电感(储存能量)来决定，匝数不能过多也不能过少。
如果匝数过多，会增加漏感和绕线工时;如果匝数过少，在外加激磁电压比较高时，有可能使匝间电压降和层间电压降增大，而必须加强绝缘[5]。
副绕组匝数由输出电压决定。
导线截面(直径)决定于绕组的电流密度。
还要注意的是导线截面(直径)的大小还与漏感有关。
高频变压器的绕组排列形式有：①如果原绕组电压高，副绕组电压低，可以采用副绕组靠近磁芯，接着绕反馈绕组，原绕组在最外层的绕组排列形式，这样有利于原绕组对磁芯的绝缘安排;②如果要增加原和副绕组之间耦合，可以采用一半原绕组靠近磁芯，接着绕反馈绕组和副绕组，最外层再绕一半原绕组的绕组排列形式，这样有利于减少漏感。
另外，当原绕组为高压绕组时，匝数不能太少，否则，匝间或者层间电压相差大，会引起局部短路。
对于绝缘安排，首先要注意使用的电磁线和绝缘件的绝缘材料等级要与磁芯和绕组允许的工作温度相匹配。
等级低，满足不了耐热要求，等级过高，会增加不必要的材料成本。
其次，对在圆柱形磁路上绕线的线圈，最好采用线圈骨架，既可以保证绝缘，又可以简化绕线工艺。
另外，线圈最外层和最里层，高压和低压绕组之间都要加强绝缘。
如果一般绝缘只垫一层绝缘薄膜，加强绝缘应垫2～3层绝缘薄膜。
(2) 高频变压器磁芯材料的选择高频变压器磁芯一般使用软磁材料。
软磁材料有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。
磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能有较高的磁感应强度，线圈就能承受较高的外加电压，因此在输出功率一定的情况下，可减轻磁芯体积。
高频变压器磁芯的设计原理
高频变压器磁芯的设计原理
1.磁性材料的选择：高频变压器通常使用铁氧体作为磁芯材料。
铁氧体具有高磁导率、低磁导率傅立叶频谱、低铁损耗和低饱和磁感应强度等优点，非常适合高频变压器的使用。
在选择铁氧体材料时，需要考虑其磁导率和损耗特性，以保证变压器的高效工作。
2.磁芯形状和尺寸设计：磁芯的形状和尺寸直接影响变压器的工作性能。
常见的磁芯形状包括E型、I型、U型和EE型等。
选择合适的磁芯形状可以提高磁传导效率和减小漏磁等问题。
此外，磁芯的尺寸也需要根据具体应用的功率和电流大小来确定，以确保变压器的工作稳定性和效率。
3.匝数和绕组设计：磁芯的设计还需要考虑变压器的匝数和绕组。
匝数决定了变压器的变比，而绕组则是将电能从一个线圈传递到另一个线圈的关键部分。
在设计过程中，需要合理选择匝数和绕组的结构，以达到所需的电压转换效果。
4.漏磁和磁交流损耗的抑制：高频变压器在工作过程中会产生漏磁和磁交流损耗，影响变压器的转换效率和稳定性。
为了抑制漏磁和磁损耗，可采取一些措施，如合理布置绕组、增加绕组间隙、使用隔离层等。
5.独立开关电源的设计：高频变压器通常由独立开关电源供电，因此在设计过程中需要考虑电源的功率和稳定性等因素，以确保变压器的正常运行。
总之，高频变压器磁芯的设计原理涉及到磁性材料的选择、磁芯形状和尺寸的设计、匝数和绕组设计、漏磁和磁交流损耗的抑制以及独立开关电源的设计等方面。
通过合理的设计，可以提高变压器的转换效率和稳定性，满足各种应用的需求。
高频变压器有哪些常用的磁芯？
高频变压器有哪些常用的磁芯？在高频变压器中经常使用的七中磁芯供大家参考，他们分别是罐型磁芯，RM型磁芯，E型磁芯，EC、ETD和EER型磁芯，PQ型磁心，EP型磁心，环形磁心等，并为大家进行了分析，希望小编总结的能够帮助到大家对于高频变压器的磁芯的选择。
1.罐型磁芯骨架和绕组几乎完全由芯包裹起来，导致在EMI屏蔽效果很好；槽型芯尺寸符合IEC标准，在制造业有很好的互换性；可以提供一个简单的框架（PIN）和PCB安装骨架（销）；由于罐的设计的形状，导致核心和其他类型的大小大于成本；由于它的形状不利于散热，因此不适合在大型电力变压器应用。
2.EP型磁心EP型磁心的圆形中心柱立体形结构，除了与PCB板接触的末端外，完全的把绕组包裹了起来，屏蔽非常好；这种独特的形状最小化了在两片磁心装配时接触面形成的气隙的影响，并且提供了一个更大的体积和总的空间利用率的比例。
3.EC、ETD和EER型磁芯这些类型的磁心结构介于E型和罐型之间。
和E型磁芯一样，他们能提供的足够的空间，导致很大一部分（对于低电压、大电流开关电源现在趋势）；在磁心热的形状也很好；有在中心柱为圆柱形，与相同截面的长方体相比，减少11%的单匝绕组的长度，导致铜损也降低了11%，同时，核心可以提供更高的输出功率；同时中心柱为圆柱形，与矩形中心柱相比，也避免破坏绕组绝缘绕组线问题的矩形边缘和角落的原因。
4.RM型磁芯与罐型相比，切掉了罐型的两个对称的侧面，这样的设计更加有利于散热和引线的尺寸大；和油箱的形状相比，节省约40%的安装空间；骨架无针式针型，可安装一对钳子；RM磁芯可以做成扁平状（现在的平面变压器或直接对磁芯的装配设计印制电路板的绕组）；虽然屏蔽效果不如罐型的好，但是仍然不错。
5.PQ型磁心专为开关电源电感器和变压器的PQ磁芯。
磁芯体积的PQ形状优化设计，表面积和绕面积之间的比率；设计，使最小核心使用提供电感及可能的面积最大化；这样的设计，在最小的变压器体积和重量，最大的输出功率，和占用最小的PCB安装空间；可以使用一对夹子固定；有效截面积的设计也使铁心磁路更均匀，因此磁芯结构也使小于热点等核心结构设计。
变压器磁芯材料的结构参数
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。
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。
高频变压器磁芯如何选型
高频变压器磁芯如何选型电子变压器在电源技术中的作用,电源技术对电子变压器的要求,电子变压器采用新软磁材料和新磁芯结构对电源技术发展的影响.电子变压器的使用条件,包括两方面内容:可靠性和电磁兼容性.以前只注意可靠性,现在由于环境保护意识增强,必须注意电磁兼容性.可靠性是指在具体的使用条件下,电子变压器能正常工作到使用寿命为止.一般使用条件中对电子变压器影响最大的是环境温度.决定电子变压器受温度影响强度的参数是软磁材料的居里点.软磁材料居里点高,受温度影响小;软磁材料居里点低,对温度变化比较敏感,受温度影响大.例如锰锌铁氧体的居里点只有215,℃比较低,磁通密度、磁导率和损耗都随温度发生变化,除正常温度25℃而外,还要给出60,80,100℃℃℃时的各种参数数据.因此,锰锌铁氧体磁芯的工作温度一般限制在100℃以下,也就是环境温度为40℃时,温升必须低于60.℃钴基非晶合金的居里点为205,℃也低,使用温度也限制在100℃以下.铁基非晶合金的居里点为370,℃可以在150~180℃℃以下使用.高磁导坡莫合金的居里点为460℃至480,℃可以在200~℃250℃以下使用.微晶纳米晶合金的居里点为600,℃取向硅钢居里点为730,℃可以在300~4℃00℃下使用.电磁兼容性是指电子变压器既不产生对外界的电磁干扰,又能承受外界的电磁干扰.电磁干扰包括可听见的音频噪声和听不见的高频噪声.电子变压器产生电磁干扰的主要原因是磁芯的磁致伸缩.磁致伸缩系数大的软磁材料,产生的电磁干扰大.铁基非晶合金的磁致伸缩系数通常为最大(27~30)×10‐6,必须采取减少噪声抑制干扰的措施.高磁导Ni50坡莫合金的磁致伸缩系数为25×10‐6,锰锌铁氧体的磁致伸缩系数为21×10‐6.以上这3种软磁材料属于容易产生电磁干扰的材料,在应用中要注意.3%取向硅钢的磁致伸缩系数为(1~3)×10‐6,微晶纳米晶合金的磁致伸缩系数为(0.5~2)×10‐6.这2种软磁材料属于比较容易产生电磁干扰的材料.6.5%硅钢的磁致伸缩系数为0.1×10‐6,高磁导Ni80坡莫合金的磁致伸缩系数为(0.1~0.5)×10‐6,钴基非晶合金的磁致伸缩系数为0.1×10‐6以下.这3种软磁材料属于不太容易产生电磁干扰的材料.由磁致伸缩产生的电磁干扰的频率一般与电子变压器的工作频率相同.如果有低于或高于工作频率的电磁干扰,那是由其他原因产生的.完成功能电子变压器从功能上区分主要有变压器和电感器2种.特殊元件完成的功能另外讨论.变压器完成的功能有3个:功率传送、电压变换和绝缘隔离.电感器完成功能有2个:功率传送和纹波抑制功率传送有2种方式.第一种是变压器传送方式,即外加在变压器原绕组上的交变电压,在磁芯中产生磁通变化,使副绕组感应电压,加在负载上,从而使电功率从原边传送到副边.传送功率的大小决定于感应电压,也就是决定于单位时间内的磁通密度变量ΔB.ΔB与磁导率无关,而与饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br有关.从饱和磁通密度来看,各种软磁材料的Bs 从大到小的顺序为:铁钴合金为2.3~2.4T,硅钢为1.75~2.2T,铁基非晶合金为1.25~1.75T,铁基微晶纳米晶合金为1.1~1.5T,铁硅铝合金为1.0~1.6T,高磁导铁镍坡莫合金为0.8~1.6T,钴基非晶合金为0.5~1.4T,铁铝合金为0.7~1.3T,铁镍基非晶合金为0.4~0.7T,锰锌铁氧体为0.3~0.7T.作为电子变压器的磁芯用材料,硅钢和铁基非晶合金占优势,而锰锌铁氧体处于劣势.功率传送的第二种是电感器传送方式,即输入给电感器绕组的电能,使磁芯激磁,变为磁能储存起来,然后通过去磁变成电能释放给负载.传送功率的大小决定于电感器磁芯的储能,也就是决定于电感器的电感量.电感量不直接与饱和磁通密度有关,而与磁导率有关,磁导率高,电感量大,储能多,传送功率大.各种软磁材料的磁导率从大到小顺序为:Ni80坡莫合金为(1. 2~3)×106,钴基非晶合金为(1~1.5)×106,铁基微晶纳米晶合金为(5~8)×105,铁基非晶合金为(2~5)×105,Ni50坡莫合金为(1~3)×105,硅钢为(2~9)×104,锰锌铁氧体为(1~3)×104.作为电感器的磁芯用材料,Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金占优势,硅钢和锰锌铁氧体处于劣势.传送功率大小,还与单位时间内的传送次数有关,即与电子变压器的工作频率有关.工作频率越高,在同样尺寸的磁芯和线圈参数下,传送的功率越大.电压变换通过变压器原绕组和副绕组匝数比来完成,不管功率传送大小如何,原边和副边的电压变换比等于原绕组和副绕组匝数比.绝缘隔离通过变压器原绕组和副绕组的绝缘结构来完成.绝缘结构的复杂程度,与外加和变换的电压大小有关,电压越高,绝缘结构越复杂.纹波抑制通过电感器的自感电势来实现.只要通过电感器的电流发生变化,线圈在磁芯中产生的磁通也会发生变化,使电感器的线圈两端出现自感电势,其方向与外加电压方向相反,从而阻止电流的变化.纹波的变化频率比基频高,电流纹波的电流频率比基频大,因此,更能被电感器产生的自感电势抑制.电感器对纹波抑制的能力,决定于自感电势的大小,也就是电感量大小,与磁芯的磁导率有关,Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金磁导率大,处于优势,硅钢和锰锌铁氧体磁导率小,处于劣势.提高效率提高效率是对电源和电子变压器的普遍要求.虽然,从单个电子变压器来看,损耗不大.例如,100VA电源变压器,效率为98%时,损耗只有2W并不多.但是成十万个、成百万个电源变压器,总损耗可能达到上十万W,甚至上百万W.还有,许多电源变压器一直长期运行,年总损耗相当可观,有可能达到上千万kW∙h.显然,提高电子变压器的效率,可以节约电力.节约电力后,可以少建发电站.少建发电站后,可以少消耗煤和石油,可以少排放CO2,SO2,NOx,废气,污水,烟尘和灰渣,减少对环境的污染.既具有节约能源,又具有保护环境的双重社会经济效益.因此,提高效率是对电子变压器的一个主要要求.电子变压器的损耗包括磁芯损耗(铁损)和线圈损耗(铜损).铁损只要电子变压器投入工作,一直存在,是电子变压器损耗的主要部分.因此,根据铁损选择磁芯材料,是电子变压器设计的主要内容,铁损也成为评价软磁材料的一个主要参数.铁损与电子变压器磁芯的工作磁通密度和工作频率有关,在介绍软磁材料的铁损时,必须说明是在什么工作磁通密度下和什么工作频率下的损耗.例如,P0.5/400,表示在工作磁通密度0.5T和工作频率400Hz下的铁损.P0.1/100k 表示在工作磁通密度0.1T和工作频率100kHz下的铁损.软磁材料包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗.涡流损耗又与材料的电阻率ρ成反比.ρ越大,涡流损耗越小.各种软磁材料的ρ从大到小的顺序为:锰锌铁氧体为108~109μΩ∙cm,铁镍基非晶合金为150~180μΩ∙cm,铁基非晶合金为130~150μΩ∙cm,钴基非晶合金为120~140μΩ∙c m,高磁导坡莫合金为40~80μΩ∙cm,铁硅铝合金为40~60μΩ∙cm,铁铝合金为30~60μΩ∙cm,硅钢为40~50μΩ∙cm,铁钴合金为20~40μΩ∙cm.因此,锰锌铁氧体的ρ比金属软磁材料高106~107倍,在高频中涡流小,应用占优势.但是当工作频率超过一定值以后,锰锌铁氧体磁性颗粒之内的绝缘体被击穿和熔化,ρ变得相当小,损耗迅速上升到很高水平,这个工作频率就是锰锌铁氧体的极限工作频率.金属软磁材料厚度变薄,也可以降低涡流损耗.根据现有的电子变压器使用金属软磁材料带材的经验,工作频率和带材厚度的关系为:工频50~60Hz用0.50~0.23mm(500~230μm),中频4 00Hz至1kHz用0.20~0.08mm(200~80μm),1kHz至20kHz用0.10~0.025mm(100~25μm),中高频20kHz至100kHz用0.05~0.015mm(50~15μm),高频100kHz至1MHz用0.02~0.005mm(20~5μm), 1MHz以上,厚度小于5μm.金属软磁材料带材只要降到一定厚度,涡流损耗可显著减少.不论是硅钢、坡莫合金,还是钴基非晶合金和微晶纳米晶合金都可以在中、高频电子变压器中使用,和锰锌铁氧体竞争.降低成本降低成本是对电子变压器的一个主要要求,有时甚至是决定性的要求.电子变压器作为一种商品和其他商品一样,都面临着市场竞争.竞争的内容包括性能和成本两个方面,缺一不可.不注意成本,往往会在竞争中被淘汰. 电子变压器的成本包括材料成本、制造成本和管理成本.降低成本要从这三个方面来考虑.软磁材料成本在电子变压器的材料成本中占有相当大的比例.根据现行的市场价格,每kg 重量的软磁材料的价格从小到大的顺序是:锰锌软磁铁氧体,硅钢,铁基非晶合金,Ni50坡莫合金,钴基非晶合金,Ni80坡莫合金.锰锌铁氧体在中高频范围内广泛应用,硅钢在工频范围内广泛应用,最主要的原因之一就是价格便宜.制造成本与设计和工艺有关.电子变压器所用的磁芯、线圈和总体结构的加工和装配工艺是复杂还是简单?需要人工占的比例多大?是否需要工模具?质量控制中需要检测的工序和参数有多少?要用什么检测仪器和设备?这些都是降低制造成本时要考虑的问题.管理成本一般约占材料和制造成本之和的30%左右.如果管理得好,充分利用人力和财力,有可能降到20%左右.充分利用人力,是指工时利用率要高,减少管理人员和工人比例等等.充分利用财力,是指缩短生产周期,减少库存,加快资金流转等等.所以,一个好的电子变压器设计者,除了要了解电子变压器的理论和设计方法而外,还要了解各种软磁材料,电磁线,绝缘材料的性能和价格;还要了解磁芯加工和热处理工艺,线圈绕制和绝缘处理工艺和结构组装工艺;还要了解实现质量控制的检测参数和仪器设备;还要了解生产管理的基本知识以及电子变压器的市场动态等等.只有知识全面的设计者,才能设计出性能好,价格低的电子变压器.新软磁材料在电子变压器中的应用电子变压器中的软磁材料,根据上面的分析,在工频及中频范围内主要采用硅钢,在高频范围内主要采用软磁铁氧体.现在硅钢遇到非晶纳米晶合金的挑战,软磁铁氧体既遇到非晶纳米晶合金的挑战,又遇到软磁复合材料的竞争.在挑战和竞争中,不但使新软磁材料迅速发展,也使硅钢和软磁铁氧体得到发展.新发展起来的软磁材料在电子变压器中的应用,使电子变压器的性能提高,成本下降.而且也使电源技术在向短、小、轻、薄的变革中遇到的难点——磁性元件小型化问题逐步得到解决.下面分别介绍硅钢,软磁铁氧体,非晶纳米晶合金,软磁复合材料在电子变压器中应用的一些新进展.这里不介绍薄膜软磁材料,它是用于1MHz以上的,高频小型电子变压器的新一代软磁材料,留待以后专文介绍.硅钢电源技术中的工频电子变压器大量使用3%取向硅钢,现在厚度普遍从0.35mm减到0.27 mm或0.23mm.国内生产的23Q110的0.23mm厚,3%取向硅钢,饱和磁通密度Bs为1.8T,其P 取向硅钢,Bs为1.89T,P1.7/50为0.95W/ 1.7/50为1.10W/kg;27QG095的0.27mm厚,3%Hi Bkg.日本生产的0.23mm厚,3%取向硅钢Bs为1.85T,P1.7/50为0.85W/kg.与国内产品相差不多.但是0.23mm厚的3%取向硅钢经过特殊处理,即用电解法将表面抛光至镜面,再涂张力涂层,最后细化磁畴,可以使P1.7/50下降到0.45W/kg.同时,对要求损耗低的电子变压器,日本还进一步把厚度减薄到0.15mm,经过特殊处理,可以使P1.3/50下降到0.082~0.11W/kg和铁基非晶合金水平基本相当.日本还用温度梯度炉高温退火新工艺,使0.15mm厚,3%取向硅钢的Bs达到1.95~2.0T,经过特殊处理,使P1.3/50为0.15W/kg,P1.7/50为0.35W/kg.采用三次再结晶新工艺,制成更薄的硅钢,Bs为2.03T,P1.3/50为0.19W/kg(0.075mm厚),0.17W/kg(0.071mm厚)和0.13W/kg0.032m m厚).电源装置中的中频(400Hz至10kHz)电子变压器,除了使用0.20~0.08mm厚,3%取向硅钢外,日本已采用6.5%无取向硅钢.6.5%硅钢,磁致伸缩近似为零,可制成低噪声电子变压器,磁导率为16000~25000.ρ比3%硅钢高一倍,中频损耗低,例如:0.10mm厚的6.5%无取向硅钢P1/50为0.6W/kg,P1/400为6.1W/kg,P0.5/1K为5.2W/kg,P0.1/10k为8.2W/kg,Bs为1.25T.采用温轧法可以生产6.5%取向硅钢,Bs提高到1.62~1.67T.0.23mm厚的6.5%取向硅钢P1/50为0.25W/kg.日本已用6.5%硅钢制成1kHz音频变压器,在1.0T时,噪声比3%取向硅钢下降21dB,铁损下降40%,还用6.5%硅钢取代3%取向硅钢用于8kHz电焊机中,铁芯重量从7.5kg减少到3kg.6.5%硅钢国内已进行小批量生产.与研制6.5%硅钢的同时,日本还开发了硅含量呈梯度分布的硅钢.1)中高频低损耗梯度硅钢,表层硅含量6.5%,电阻率高,磁导率高,磁通集中在表面,涡流也集中表面,损耗小.内部硅含量低于6.5%.总的损耗低于6.5%硅钢.例如:0.20mm厚的6.5%硅钢的P 0.1/10k为16W/kg,梯度硅钢为13W/kg;P0.05/20k6.5%硅钢为14W/kg,梯度硅钢为9W/kg.由于总的硅平均含量低于6.5%,Bs比6.5%硅钢高,可达1.90T.延伸性即加工性也比6.5%硅钢好.已经用这种梯度硅钢制成家用电器逆变器用电感器,由于Bs高,损耗低,既体积小,又发热少. 2)低剩磁梯度硅钢,表层硅含量高,磁致伸缩小,中心层硅含量低,磁致伸缩大.表层与中心层存在的磁致伸缩差而引发应力.出现的弹性能导致剩磁低,一般饱和磁通密度Bs为1.96T,剩磁Br 为0.34T.ΔB=Bm‐Br超过1.0T(Bm为工作磁通密度).损耗也低,P1.2/50为1.27W/kg.可以用于脉冲变压器,单方向磁通变化电源变压器等.作为电源变压器铁芯时,还可以抑制合闸时的突发电流浪涌.最近报导,日本开发出用于中高频电子变压器的硅钢新品种——添加铬(Cr)的硅钢.在4.5%硅钢中,添加4%铬,电阻率可达82μΩ∙cm,而一般3%取向硅钢电阻率为44μΩ∙cm,牌号为“HiFre qs”.0.1mm厚添加铬的硅钢损耗低,P0.2/5k为20.5W/kg,P0.1/10k为10W/kg,P0.05/20k为5W/ kg;延伸性即加工性好,与3%硅钢一样,可以进行冲剪,铆固加工;耐腐蚀性好,在盐水和湿气中,不涂层也不腐蚀.已用这种添加铬的硅钢制成25kHz开关电源用滤波电感器,铁芯损耗为22W /kg,比6.5%硅钢(36W/kg)和铁基非晶合金(29W/kg)小.还用它制成70kHz感应加热装置的电子变压器,比0.1mm厚3%取向硅钢发热显著减少,寿命延长4倍以上.软磁铁氧体软磁铁氧体的特点是:饱和磁通密度低,磁导率低,居里温度低,中高频损耗低,成本低.前三个低是它的缺点,限制了它的使用范围,现在正在努力改进.后两个低是它的优点,有利于进入高频市场,现在正在努力扩展.以100kHz,0.2T和100℃下的损耗为例,TDK公司的PC40为410mW/cm3,PC44为300mW/ cm3,PC47为250mW/cm3.TOKIN公司的BH1为250mW/cm3,损耗不断在下降.国内金宁生产的JP4E也达到300mW/cm3.不断地提高工作频率,是另一个努力方向.TDK公司的PC50工作频率为500kHz至1MHz. FDK公司的7H20,TOKIN的B40也能在1MHz下工作.Philips公司的3F4,3F45,3F5工作频率都超过1MHz.国内金宁的JP5,天通的TP5A工作频率都达到500kHz至1.5MHz.东磁的DMR1.2K 的工作频率甚至超越3MHz,达到5.64MHz.磁导率是软磁铁氧体的弱项.现在国内生产的产品一般为10000左右.国外TDK公司的H 5C5,Philips公司的3E9,分别达到30000和20000.采用SHS法合成MnZn铁氧体材料的研究,值得注意.用这种方法的试验结果表明,可以大大降低铁氧体的制造能耗和成本.国内已有试验成功的报导.非晶和纳米晶合金铁基非晶合金在工频和中频领域,正在和硅钢竞争.铁基非晶合金和硅钢相比,有以下优缺点.1)铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低,但是,在同样的Bm下,铁基非晶合金的损耗比0. 23mm厚的3%硅钢小.一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄,电阻率高.这只是一个方面,更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态,原子排列是随机的,不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性,也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界.因此,妨碍畴壁运动和磁矩转动的能量壁垒非常小,具有前所未有的软磁性,所以磁导率高,矫顽力小,损耗低. 2)铁基非晶合金磁芯填充系数为0.84~0.86, 与硅钢填充系数0.90~0.95相比,同样重量的铁基非晶合金磁芯体积比硅钢磁芯大.3)铁基非晶合金磁芯的工作磁通密度为1.35T~1.40T,硅钢为1.6T~1.7T.铁基非晶合金工频变压器的重量是硅钢工频变压器的重量的130%左右.但是,即使重量重,对同样容量的工频变压器,磁芯采用铁基非晶合金的损耗,比采用硅钢的要低70%~80%.4)假定工频变压器的负载损耗(铜损)都一样,负载率也都是50%.那么,要使硅钢工频变压器的铁损和铁基非晶合金工频变压器的一样,则硅钢变压器的重量是铁基非晶合金变压器的18 倍.因此,国内一般人所认同的抛开变压器的损耗水平,笼统地谈论铁基非晶合金工频变压器的重量、成本和价格,是硅钢工频变压器的130%~150%,并不符合市场要求的性能价格比原则.国外提出两种比较的方法,一种是在同样损耗的条件下,求出两种工频变压器所用的铜铁材料重量和价格,进行比较.另一种方法是对铁基非晶合金工频变压器的损耗降低瓦数,折合成货币进行补偿.每瓦空载损耗折合成5~11美元,相当于人民币42~92元.每瓦负载损耗折合成0. 7~1.0美元,相当于人民币6~8.3元.例如一个50Hz,5kVA单相变压器用硅钢磁芯,报价为1700元/台;空载损耗28W,按60元人民币/W计,为1680元;负载损耗110W,按8元人民币/W计,为880元;则,总的评估价为4260元/台.用铁基非晶合金磁芯,报价为2500元/台;空载损耗6W,折合成人民币360元;负载损耗110W,折合成人民币880元,总的评估价为3740元/台.如果不考虑损耗,单计算报价,5kVA铁基非晶合金工频变压器为硅钢工频变压器的147%.如果考虑损耗,总的评估价为89%.5)现在测试工频电源变压器磁芯材料损耗,是在畸变小于2%的正弦波电压下进行的.而实际的工频电网畸变为5%.在这种情况下,铁基非晶合金损耗增加到106%,硅钢损耗增加到123%.如果在高次谐波大,畸变为75%的条件下(例如工频整流变压器),铁基非晶合金损耗增加到16 0%,硅钢损耗增加到300%以上.说明铁基非晶合金抗电源波形畸变能力比硅钢强.6)铁基非晶合金的磁致伸缩系数大,是硅钢的3~5倍.因此,铁基非晶合金工频变压器的噪声为硅钢工频变压器噪声的120%,要大3~5dB.7)现行市场上,铁基非晶合金带材价格是0.23mm3%取向硅钢的150%,是0.15mm3%取向硅钢(经过特殊处理)的40%左右.8)铁基非晶合金退火温度比硅钢低,消耗能量小,而且铁基非晶合金磁芯一般由专门生产厂制造.硅钢磁芯一般由变压器生产厂制造.根据以上比较,只要达到一定生产规模,铁基非晶合金在工频范围内的电子变压器中将取代部分硅钢市场.在400Hz至10kHz中频范围内,即使有新的硅钢品种出现,铁基非晶合金仍将会取代大部分0.15mm以下厚度的硅钢市场.值得注意的是,日本正在大力开发FeMB系非晶合金和纳米晶合金,其Bs可达1.7~1.8T,而且损耗为现有FeSiB系非晶合金的50%以下,如果用于工频电子变压器,工作磁通密度达到1. 5T以上,而损耗只有硅钢工频变压器的10%~15%,将是硅钢工频变压器的更有力的竞争者.日本预计在2005年就可以将FeMB系非晶合金工频变压器试制成功,并投入生产.非晶纳米晶合金在中高频领域中,正在和软磁铁氧体竞争.在10kHz至50kHz电子变压器中,铁基纳米晶合金的工作磁通密度可达0.5T,损耗P0.5/20k≤25W/kg,因而,在大功率电子变压器中有明显的优势.在50kHz至100kHz电子变压器中,铁基纳米晶合金损耗P0.2/100k为30~ 75W/kg, 铁基非晶合金P0.2/100k为30W/kg,可以取代部分铁氧体市场.非晶纳米晶合金经过20多年的推广应用,已经证明其具有下述优点:1)不存在时效稳定性问题,纳米晶合金在200℃以下,钴基非晶合金在100℃以下,经过长期使用,性能无显著变化;2)温度稳定性比软磁铁氧体好,在‐55℃至150℃范围内,磁性能变化5%~10%,而且可逆;3)耐冲击振动,随电源整机在30g下的振动试验中,均未发生过性能恶化问题;4)铁基非晶合金脆性大大改善,带材平整度良好,可以剪切加工,也可以制成搭接式卷绕磁芯,经过5次弯折或拆卸,性能无显著变化.软磁复合材料经过争论,现在对磁粉芯等已经取得了一致认识,即认为它属于软磁复合材料.软磁复合材料是将磁性微粒均匀分散在非磁性物中形成的.与传统的金属软磁合金和铁氧体材料相比,它有很多独特的优点:磁性金属粒子分散在非导体物件中,可以减少高频涡流损耗,提高应用频率;既可以采取热压法加工成粉芯,也可以利用现在的塑料工程技术,注塑制造成复杂形状的磁体;具有密度小,重量轻,生产效率高,成本低,产品重复性和一致性好等优点.缺点是由于磁性粒子之间被非磁性体分开,磁路隔断,磁导率现在一般在100以内.不过,采用纳米技术和其他措施,国外已有磁导率超过1000的报导,最大可达6000.软磁复合材料的磁导率受到很多因素的影响,如磁性粒子的成分,粒子的形状,尺寸,填充密度等.因此,根据工作频率可以进行调整.磁粉芯是软磁复合材料的典型例子.现在已在20kHz至100kHz甚至1MHz的电感器中取代了部分软磁铁氧体.例如铁硅铝磁粉芯,硅含量为8.8%,铝为5.76%,剩余全为铁.粒度为90~4 5μm,45~32μm和32~30μm.用硅树脂作粘接剂,1%左右硬脂酸作润滑剂,在2t/cm2压力下,制成 的环形磁芯,在氢气中用673°K,773°K,873°K退火,使磁导率达到100,300,600.在10 13×8×50kHz下损耗低,已经代替软磁铁氧体和MPP磁粉芯用于电感器中.已经有人对大功率电源的电感器用软磁复合材料——磁粉芯进行了开发研究.在20kHz以下,磁导率基本不变.在1.0T下,磁导率为100左右.50Hz~20kHz损耗小,可制成100kg重量以上的大型的磁芯,而且在20kHz下音频范围,噪声比环形铁氧体磁芯降低10dB.可以在大功率电源中代替硅钢和软磁铁氧体.有人用钴/二氧化硅(Co/SiO2)纳米复合软磁材料制作不同于薄膜的大尺寸磁芯.钴粒子平均尺寸为30μm,填充度40%至90%,经过搅拌后,退火形成Co/SiO2纳米复合粉,然后压制成环形磁芯.磁导率在300MHz以下,都可达到16.镍锌铁氧体的磁导率为12,而且在100MHz以后迅速下降.证明在高频和超高频下,软磁复合材料也可取代部分铁氧体市场.新磁芯结构在电子变压器中的应用搭接式卷绕磁芯搭接式卷绕磁芯最早用于非晶合金配电变压器.它既有卷绕磁芯优点,激磁电流小,空载损耗低,又可以打开装卸线圈,消除一般卷绕磁芯的缺点,不需要用专用绕线机绕制线圈,生产效率提高,线圈出现问题时也便于更换和维修.现有3%取向硅钢的厚度已减薄到0.23mm和0. 27mm,用它们制造搭接式卷绕磁芯比非晶合金更容易.因此,搭接式卷绕磁芯有可能用于500V A以上的硅钢电源变压器,尤其是大容量整流电源和不停电电源中的硅钢电源变压器.立体三角形磁芯立体布置的三角形三相磁芯,现在正在国内风行.最早出现立体三角形磁芯可追溯到20世纪30年代,但是,由于磁芯需要特殊剪切加工,线圈需要专用绕线机绕制,而未能推广应用.现在可以用计算机控制磁芯剪切加工,已经有专用绕线机绕线.国内有5—6家企业在申请立体三角形磁芯变压器的专利.立体布置的三角形三相磁芯与平面布置的三柱式三相磁芯相比,磁通分布均匀,不会出现局部饱和,激磁电流和磁通的对称性好.问题是各个柱的截面要形成接近圆形相当困难,绕组平均匝长增加,负载损耗也会增加.可用于30kVA以上的大型变压器.正交形磁芯把C型磁芯的一半旋转90°,再接合在一起,就形成正交形磁芯.可以用直流控制绕组控制正交形磁芯的电感.日本索尼公司已经用软磁铁氧体制成这种磁芯,叫SX形磁芯,并且已经用于各种电视机的开关电源,作为驱动变压器,控制它的电感,使电路出现电压谐振或者电流谐振,而实现软开关条件.日本东北大学和东北电力公司已经用硅钢制成这种磁芯,用于功率补偿器和移相器,控制电力系统的有功和无功功率.与晶闸管功率补偿器和移相器相比,具有高次谐波少,电磁干扰小,控制电路简单等特点.磁性液体磁芯有人曾设想过,用注塑机加工变压器磁芯,可以避免硅钢磁芯冲片,热处理,叠片,组装等多道工序.现在正在开发磁性液体磁芯可以实现这种设想,用工程塑料做成磁芯外壳,中间注入磁性液体,表面再用磁性片封住.这样,大量生产的中小型电源变压器的加工效率可以显著提。
磁芯选用
2）磁芯选用①选取磁芯材料和磁芯结构选用R2KB铁氧体材料制成的EE型铁氧体磁芯。
其具有品种多，引线空间大，接线操作方便，价格便宜等优点。
②确定工作磁感应强度BmR2KB软磁铁氧体材料的饱和磁感应强度Bs=0.47T，考虑到高温时Bs会下降，同时为防止合闸瞬间高频变压器饱和，选定Bm=1/3Bs=0.15T。
③计算并确定磁芯型号磁芯的几何截面积S和磁芯的窗口面积Q与输出功率Po存在一定的函数关系。
对于半桥变换器，当脉冲波形近似为方波时为式中：η——效率；j——电流密度，一般取300～500A/cm2；Kc——磁芯的填充系数，对于铁氧体Kc=1；Ku——铜的填充系数，Ku与导线线径及绕制的工艺及绕组数量等有关，一般为0.1～0.5左右。
由厂家手册知，EE55磁芯的S=3.54cm2,Q=3.1042cm2,则SQ=10.9cm4，EE55磁芯的SQ值大于计算值，选定该磁芯。
3)计算原副边绕组匝数按输入电压最低及输出满载的情况（此时占空比最大）来计算原副边绕组匝数，已知Umin=176V经整流滤波后直流输入电压Udmin=1.2×176=211.2V。
对于半桥电路、功率变压器初级绕组上施加的电压等于输入电压的一半,即Upmin=Udmin/2=105.6V，设最大占定比Dmax=0.9，则次级匝数计算时取输出电压最大值Uomax=16V。
次级电路采用全波整流，Us为次级绕组上的感应电压，Uo为输出电压，Uf为整流二极管压降，取1V。
Uz为滤波电感等线路压降，取0.3V，则4）选定导线线径在选用绕组的导线线径时，要考虑导线的集肤效应，一般要求导线线径小于两倍穿透深度，而穿透深度Δ由式（2）决定式中：ω为角频率，ω=2πfs；μ为导线的磁导率，对于铜线相对磁导率μr=1，则μ=μ0×μr=4π×10－7H/m；γ为铜的电导率，γ=58×10－6Ωm；穿透深度Δ的单位为m。
磁性器件中磁芯的选用及设计
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，不同的器件对材料的性能要求各不相同。
其中常用软磁器件的有：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。
本文仅以高频功率变压器与脉冲变压器对磁芯材料的不同要求做阐述。
(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，新晨阳电容电感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，也称储能变压器，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，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。
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高频变压器磁芯如何选型电子变压器在电源技术中的作用,电源技术对电子变压器的要求,电子变压器采用新软磁材料和新磁芯结构对电源技术发展的影响.电子变压器的使用条件,包括两方面内容:可靠性和电磁兼容性.以前只注意可靠性,现在由于环境保护意识增强,必须注意电磁兼容性.可靠性是指在具体的使用条件下,电子变压器能正常工作到使用寿命为止.一般使用条件中对电子变压器影响最大的是环境温度.决定电子变压器受温度影响强度的参数是软磁材料的居里点.软磁材料居里点高,受温度影响小;软磁材料居里点低,对温度变化比较敏感,受温度影响大.例如锰锌铁氧体的居里点只有215,℃比较低,磁通密度、磁导率和损耗都随温度发生变化,除正常温度25℃而外,还要给出60,80,100℃℃℃时的各种参数数据.因此,锰锌铁氧体磁芯的工作温度一般限制在100℃以下,也就是环境温度为40℃时,温升必须低于60.℃钴基非晶合金的居里点为205,℃也低,使用温度也限制在100℃以下.铁基非晶合金的居里点为370,℃可以在150~180℃℃以下使用.高磁导坡莫合金的居里点为460℃至480,℃可以在200~℃250℃以下使用.微晶纳米晶合金的居里点为600,℃取向硅钢居里点为730,℃可以在300~4℃00℃下使用.电磁兼容性是指电子变压器既不产生对外界的电磁干扰,又能承受外界的电磁干扰.电磁干扰包括可听见的音频噪声和听不见的高频噪声.电子变压器产生电磁干扰的主要原因是磁芯的磁致伸缩.磁致伸缩系数大的软磁材料,产生的电磁干扰大.铁基非晶合金的磁致伸缩系数通常为最大(27~30)×10‐6,必须采取减少噪声抑制干扰的措施.高磁导Ni50坡莫合金的磁致伸缩系数为25×10‐6,锰锌铁氧体的磁致伸缩系数为21×10‐6.以上这3种软磁材料属于容易产生电磁干扰的材料,在应用中要注意.3%取向硅钢的磁致伸缩系数为(1~3)×10‐6,微晶纳米晶合金的磁致伸缩系数为(0.5~2)×10‐6.这2种软磁材料属于比较容易产生电磁干扰的材料.6.5%硅钢的磁致伸缩系数为0.1×10‐6,高磁导Ni80坡莫合金的磁致伸缩系数为(0.1~0.5)×10‐6,钴基非晶合金的磁致伸缩系数为0.1×10‐6以下.这3种软磁材料属于不太容易产生电磁干扰的材料.由磁致伸缩产生的电磁干扰的频率一般与电子变压器的工作频率相同.如果有低于或高于工作频率的电磁干扰,那是由其他原因产生的.完成功能电子变压器从功能上区分主要有变压器和电感器2种.特殊元件完成的功能另外讨论.变压器完成的功能有3个:功率传送、电压变换和绝缘隔离.电感器完成功能有2个:功率传送和纹波抑制功率传送有2种方式.第一种是变压器传送方式,即外加在变压器原绕组上的交变电压,在磁芯中产生磁通变化,使副绕组感应电压,加在负载上,从而使电功率从原边传送到副边.传送功率的大小决定于感应电压,也就是决定于单位时间内的磁通密度变量ΔB.ΔB与磁导率无关,而与饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br有关.从饱和磁通密度来看,各种软磁材料的Bs 从大到小的顺序为:铁钴合金为2.3~2.4T,硅钢为1.75~2.2T,铁基非晶合金为1.25~1.75T,铁基微晶纳米晶合金为1.1~1.5T,铁硅铝合金为1.0~1.6T,高磁导铁镍坡莫合金为0.8~1.6T,钴基非晶合金为0.5~1.4T,铁铝合金为0.7~1.3T,铁镍基非晶合金为0.4~0.7T,锰锌铁氧体为0.3~0.7T.作为电子变压器的磁芯用材料,硅钢和铁基非晶合金占优势,而锰锌铁氧体处于劣势.功率传送的第二种是电感器传送方式,即输入给电感器绕组的电能,使磁芯激磁,变为磁能储存起来,然后通过去磁变成电能释放给负载.传送功率的大小决定于电感器磁芯的储能,也就是决定于电感器的电感量.电感量不直接与饱和磁通密度有关,而与磁导率有关,磁导率高,电感量大,储能多,传送功率大.各种软磁材料的磁导率从大到小顺序为:Ni80坡莫合金为(1. 2~3)×106,钴基非晶合金为(1~1.5)×106,铁基微晶纳米晶合金为(5~8)×105,铁基非晶合金为(2~5)×105,Ni50坡莫合金为(1~3)×105,硅钢为(2~9)×104,锰锌铁氧体为(1~3)×104.作为电感器的磁芯用材料,Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金占优势,硅钢和锰锌铁氧体处于劣势.传送功率大小,还与单位时间内的传送次数有关,即与电子变压器的工作频率有关.工作频率越高,在同样尺寸的磁芯和线圈参数下,传送的功率越大.电压变换通过变压器原绕组和副绕组匝数比来完成,不管功率传送大小如何,原边和副边的电压变换比等于原绕组和副绕组匝数比.绝缘隔离通过变压器原绕组和副绕组的绝缘结构来完成.绝缘结构的复杂程度,与外加和变换的电压大小有关,电压越高,绝缘结构越复杂.纹波抑制通过电感器的自感电势来实现.只要通过电感器的电流发生变化,线圈在磁芯中产生的磁通也会发生变化,使电感器的线圈两端出现自感电势,其方向与外加电压方向相反,从而阻止电流的变化.纹波的变化频率比基频高,电流纹波的电流频率比基频大,因此,更能被电感器产生的自感电势抑制.电感器对纹波抑制的能力,决定于自感电势的大小,也就是电感量大小,与磁芯的磁导率有关,Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金磁导率大,处于优势,硅钢和锰锌铁氧体磁导率小,处于劣势.提高效率提高效率是对电源和电子变压器的普遍要求.虽然,从单个电子变压器来看,损耗不大.例如,100VA电源变压器,效率为98%时,损耗只有2W并不多.但是成十万个、成百万个电源变压器,总损耗可能达到上十万W,甚至上百万W.还有,许多电源变压器一直长期运行,年总损耗相当可观,有可能达到上千万kW∙h.显然,提高电子变压器的效率,可以节约电力.节约电力后,可以少建发电站.少建发电站后,可以少消耗煤和石油,可以少排放CO2,SO2,NOx,废气,污水,烟尘和灰渣,减少对环境的污染.既具有节约能源,又具有保护环境的双重社会经济效益.因此,提高效率是对电子变压器的一个主要要求.电子变压器的损耗包括磁芯损耗(铁损)和线圈损耗(铜损).铁损只要电子变压器投入工作,一直存在,是电子变压器损耗的主要部分.因此,根据铁损选择磁芯材料,是电子变压器设计的主要内容,铁损也成为评价软磁材料的一个主要参数.铁损与电子变压器磁芯的工作磁通密度和工作频率有关,在介绍软磁材料的铁损时,必须说明是在什么工作磁通密度下和什么工作频率下的损耗.例如,P0.5/400,表示在工作磁通密度0.5T和工作频率400Hz下的铁损.P0.1/100k 表示在工作磁通密度0.1T和工作频率100kHz下的铁损.软磁材料包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗.涡流损耗又与材料的电阻率ρ成反比.ρ越大,涡流损耗越小.各种软磁材料的ρ从大到小的顺序为:锰锌铁氧体为108~109μΩ∙cm,铁镍基非晶合金为150~180μΩ∙cm,铁基非晶合金为130~150μΩ∙cm,钴基非晶合金为120~140μΩ∙c m,高磁导坡莫合金为40~80μΩ∙cm,铁硅铝合金为40~60μΩ∙cm,铁铝合金为30~60μΩ∙cm,硅钢为40~50μΩ∙cm,铁钴合金为20~40μΩ∙cm.因此,锰锌铁氧体的ρ比金属软磁材料高106~107倍,在高频中涡流小,应用占优势.但是当工作频率超过一定值以后,锰锌铁氧体磁性颗粒之内的绝缘体被击穿和熔化,ρ变得相当小,损耗迅速上升到很高水平,这个工作频率就是锰锌铁氧体的极限工作频率.金属软磁材料厚度变薄,也可以降低涡流损耗.根据现有的电子变压器使用金属软磁材料带材的经验,工作频率和带材厚度的关系为:工频50~60Hz用0.50~0.23mm(500~230μm),中频4 00Hz至1kHz用0.20~0.08mm(200~80μm),1kHz至20kHz用0.10~0.025mm(100~25μm),中高频20kHz至100kHz用0.05~0.015mm(50~15μm),高频100kHz至1MHz用0.02~0.005mm(20~5μm), 1MHz以上,厚度小于5μm.金属软磁材料带材只要降到一定厚度,涡流损耗可显著减少.不论是硅钢、坡莫合金,还是钴基非晶合金和微晶纳米晶合金都可以在中、高频电子变压器中使用,和锰锌铁氧体竞争.降低成本降低成本是对电子变压器的一个主要要求,有时甚至是决定性的要求.电子变压器作为一种商品和其他商品一样,都面临着市场竞争.竞争的内容包括性能和成本两个方面,缺一不可.不注意成本,往往会在竞争中被淘汰. 电子变压器的成本包括材料成本、制造成本和管理成本.降低成本要从这三个方面来考虑.软磁材料成本在电子变压器的材料成本中占有相当大的比例.根据现行的市场价格,每kg 重量的软磁材料的价格从小到大的顺序是:锰锌软磁铁氧体,硅钢,铁基非晶合金,Ni50坡莫合金,钴基非晶合金,Ni80坡莫合金.锰锌铁氧体在中高频范围内广泛应用,硅钢在工频范围内广泛应用,最主要的原因之一就是价格便宜.制造成本与设计和工艺有关.电子变压器所用的磁芯、线圈和总体结构的加工和装配工艺是复杂还是简单?需要人工占的比例多大?是否需要工模具?质量控制中需要检测的工序和参数有多少?要用什么检测仪器和设备?这些都是降低制造成本时要考虑的问题.管理成本一般约占材料和制造成本之和的30%左右.如果管理得好,充分利用人力和财力,有可能降到20%左右.充分利用人力,是指工时利用率要高,减少管理人员和工人比例等等.充分利用财力,是指缩短生产周期,减少库存,加快资金流转等等.所以,一个好的电子变压器设计者,除了要了解电子变压器的理论和设计方法而外,还要了解各种软磁材料,电磁线,绝缘材料的性能和价格;还要了解磁芯加工和热处理工艺,线圈绕制和绝缘处理工艺和结构组装工艺;还要了解实现质量控制的检测参数和仪器设备;还要了解生产管理的基本知识以及电子变压器的市场动态等等.只有知识全面的设计者,才能设计出性能好,价格低的电子变压器.新软磁材料在电子变压器中的应用电子变压器中的软磁材料,根据上面的分析,在工频及中频范围内主要采用硅钢,在高频范围内主要采用软磁铁氧体.现在硅钢遇到非晶纳米晶合金的挑战,软磁铁氧体既遇到非晶纳米晶合金的挑战,又遇到软磁复合材料的竞争.在挑战和竞争中,不但使新软磁材料迅速发展,也使硅钢和软磁铁氧体得到发展.新发展起来的软磁材料在电子变压器中的应用,使电子变压器的性能提高,成本下降.而且也使电源技术在向短、小、轻、薄的变革中遇到的难点——磁性元件小型化问题逐步得到解决.下面分别介绍硅钢,软磁铁氧体,非晶纳米晶合金,软磁复合材料在电子变压器中应用的一些新进展.这里不介绍薄膜软磁材料,它是用于1MHz以上的,高频小型电子变压器的新一代软磁材料,留待以后专文介绍.硅钢电源技术中的工频电子变压器大量使用3%取向硅钢,现在厚度普遍从0.35mm减到0.27 mm或0.23mm.国内生产的23Q110的0.23mm厚,3%取向硅钢,饱和磁通密度Bs为1.8T,其P 取向硅钢,Bs为1.89T,P1.7/50为0.95W/ 1.7/50为1.10W/kg;27QG095的0.27mm厚,3%Hi Bkg.日本生产的0.23mm厚,3%取向硅钢Bs为1.85T,P1.7/50为0.85W/kg.与国内产品相差不多.但是0.23mm厚的3%取向硅钢经过特殊处理,即用电解法将表面抛光至镜面,再涂张力涂层,最后细化磁畴,可以使P1.7/50下降到0.45W/kg.同时,对要求损耗低的电子变压器,日本还进一步把厚度减薄到0.15mm,经过特殊处理,可以使P1.3/50下降到0.082~0.11W/kg和铁基非晶合金水平基本相当.日本还用温度梯度炉高温退火新工艺,使0.15mm厚,3%取向硅钢的Bs达到1.95~2.0T,经过特殊处理,使P1.3/50为0.15W/kg,P1.7/50为0.35W/kg.采用三次再结晶新工艺,制成更薄的硅钢,Bs为2.03T,P1.3/50为0.19W/kg(0.075mm厚),0.17W/kg(0.071mm厚)和0.13W/kg0.032m m厚).电源装置中的中频(400Hz至10kHz)电子变压器,除了使用0.20~0.08mm厚,3%取向硅钢外,日本已采用6.5%无取向硅钢.6.5%硅钢,磁致伸缩近似为零,可制成低噪声电子变压器,磁导率为16000~25000.ρ比3%硅钢高一倍,中频损耗低,例如:0.10mm厚的6.5%无取向硅钢P1/50为0.6W/kg,P1/400为6.1W/kg,P0.5/1K为5.2W/kg,P0.1/10k为8.2W/kg,Bs为1.25T.采用温轧法可以生产6.5%取向硅钢,Bs提高到1.62~1.67T.0.23mm厚的6.5%取向硅钢P1/50为0.25W/kg.日本已用6.5%硅钢制成1kHz音频变压器,在1.0T时,噪声比3%取向硅钢下降21dB,铁损下降40%,还用6.5%硅钢取代3%取向硅钢用于8kHz电焊机中,铁芯重量从7.5kg减少到3kg.6.5%硅钢国内已进行小批量生产.与研制6.5%硅钢的同时,日本还开发了硅含量呈梯度分布的硅钢.1)中高频低损耗梯度硅钢,表层硅含量6.5%,电阻率高,磁导率高,磁通集中在表面,涡流也集中表面,损耗小.内部硅含量低于6.5%.总的损耗低于6.5%硅钢.例如:0.20mm厚的6.5%硅钢的P 0.1/10k为16W/kg,梯度硅钢为13W/kg;P0.05/20k6.5%硅钢为14W/kg,梯度硅钢为9W/kg.由于总的硅平均含量低于6.5%,Bs比6.5%硅钢高,可达1.90T.延伸性即加工性也比6.5%硅钢好.已经用这种梯度硅钢制成家用电器逆变器用电感器,由于Bs高,损耗低,既体积小,又发热少. 2)低剩磁梯度硅钢,表层硅含量高,磁致伸缩小,中心层硅含量低,磁致伸缩大.表层与中心层存在的磁致伸缩差而引发应力.出现的弹性能导致剩磁低,一般饱和磁通密度Bs为1.96T,剩磁Br 为0.34T.ΔB=Bm‐Br超过1.0T(Bm为工作磁通密度).损耗也低,P1.2/50为1.27W/kg.可以用于脉冲变压器,单方向磁通变化电源变压器等.作为电源变压器铁芯时,还可以抑制合闸时的突发电流浪涌.最近报导,日本开发出用于中高频电子变压器的硅钢新品种——添加铬(Cr)的硅钢.在4.5%硅钢中,添加4%铬,电阻率可达82μΩ∙cm,而一般3%取向硅钢电阻率为44μΩ∙cm,牌号为“HiFre qs”.0.1mm厚添加铬的硅钢损耗低,P0.2/5k为20.5W/kg,P0.1/10k为10W/kg,P0.05/20k为5W/ kg;延伸性即加工性好,与3%硅钢一样,可以进行冲剪,铆固加工;耐腐蚀性好,在盐水和湿气中,不涂层也不腐蚀.已用这种添加铬的硅钢制成25kHz开关电源用滤波电感器,铁芯损耗为22W /kg,比6.5%硅钢(36W/kg)和铁基非晶合金(29W/kg)小.还用它制成70kHz感应加热装置的电子变压器,比0.1mm厚3%取向硅钢发热显著减少,寿命延长4倍以上.软磁铁氧体软磁铁氧体的特点是:饱和磁通密度低,磁导率低,居里温度低,中高频损耗低,成本低.前三个低是它的缺点,限制了它的使用范围,现在正在努力改进.后两个低是它的优点,有利于进入高频市场,现在正在努力扩展.以100kHz,0.2T和100℃下的损耗为例,TDK公司的PC40为410mW/cm3,PC44为300mW/ cm3,PC47为250mW/cm3.TOKIN公司的BH1为250mW/cm3,损耗不断在下降.国内金宁生产的JP4E也达到300mW/cm3.不断地提高工作频率,是另一个努力方向.TDK公司的PC50工作频率为500kHz至1MHz. FDK公司的7H20,TOKIN的B40也能在1MHz下工作.Philips公司的3F4,3F45,3F5工作频率都超过1MHz.国内金宁的JP5,天通的TP5A工作频率都达到500kHz至1.5MHz.东磁的DMR1.2K 的工作频率甚至超越3MHz,达到5.64MHz.磁导率是软磁铁氧体的弱项.现在国内生产的产品一般为10000左右.国外TDK公司的H 5C5,Philips公司的3E9,分别达到30000和20000.采用SHS法合成MnZn铁氧体材料的研究,值得注意.用这种方法的试验结果表明,可以大大降低铁氧体的制造能耗和成本.国内已有试验成功的报导.非晶和纳米晶合金铁基非晶合金在工频和中频领域,正在和硅钢竞争.铁基非晶合金和硅钢相比,有以下优缺点.1)铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低,但是,在同样的Bm下,铁基非晶合金的损耗比0. 23mm厚的3%硅钢小.一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄,电阻率高.这只是一个方面,更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态,原子排列是随机的,不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性,也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界.因此,妨碍畴壁运动和磁矩转动的能量壁垒非常小,具有前所未有的软磁性,所以磁导率高,矫顽力小,损耗低. 2)铁基非晶合金磁芯填充系数为0.84~0.86, 与硅钢填充系数0.90~0.95相比,同样重量的铁基非晶合金磁芯体积比硅钢磁芯大.3)铁基非晶合金磁芯的工作磁通密度为1.35T~1.40T,硅钢为1.6T~1.7T.铁基非晶合金工频变压器的重量是硅钢工频变压器的重量的130%左右.但是,即使重量重,对同样容量的工频变压器,磁芯采用铁基非晶合金的损耗,比采用硅钢的要低70%~80%.4)假定工频变压器的负载损耗(铜损)都一样,负载率也都是50%.那么,要使硅钢工频变压器的铁损和铁基非晶合金工频变压器的一样,则硅钢变压器的重量是铁基非晶合金变压器的18 倍.因此,国内一般人所认同的抛开变压器的损耗水平,笼统地谈论铁基非晶合金工频变压器的重量、成本和价格,是硅钢工频变压器的130%~150%,并不符合市场要求的性能价格比原则.国外提出两种比较的方法,一种是在同样损耗的条件下,求出两种工频变压器所用的铜铁材料重量和价格,进行比较.另一种方法是对铁基非晶合金工频变压器的损耗降低瓦数,折合成货币进行补偿.每瓦空载损耗折合成5~11美元,相当于人民币42~92元.每瓦负载损耗折合成0. 7~1.0美元,相当于人民币6~8.3元.例如一个50Hz,5kVA单相变压器用硅钢磁芯,报价为1700元/台;空载损耗28W,按60元人民币/W计,为1680元;负载损耗110W,按8元人民币/W计,为880元;则,总的评估价为4260元/台.用铁基非晶合金磁芯,报价为2500元/台;空载损耗6W,折合成人民币360元;负载损耗110W,折合成人民币880元,总的评估价为3740元/台.如果不考虑损耗,单计算报价,5kVA铁基非晶合金工频变压器为硅钢工频变压器的147%.如果考虑损耗,总的评估价为89%.5)现在测试工频电源变压器磁芯材料损耗,是在畸变小于2%的正弦波电压下进行的.而实际的工频电网畸变为5%.在这种情况下,铁基非晶合金损耗增加到106%,硅钢损耗增加到123%.如果在高次谐波大,畸变为75%的条件下(例如工频整流变压器),铁基非晶合金损耗增加到16 0%,硅钢损耗增加到300%以上.说明铁基非晶合金抗电源波形畸变能力比硅钢强.6)铁基非晶合金的磁致伸缩系数大,是硅钢的3~5倍.因此,铁基非晶合金工频变压器的噪声为硅钢工频变压器噪声的120%,要大3~5dB.7)现行市场上,铁基非晶合金带材价格是0.23mm3%取向硅钢的150%,是0.15mm3%取向硅钢(经过特殊处理)的40%左右.8)铁基非晶合金退火温度比硅钢低,消耗能量小,而且铁基非晶合金磁芯一般由专门生产厂制造.硅钢磁芯一般由变压器生产厂制造.根据以上比较,只要达到一定生产规模,铁基非晶合金在工频范围内的电子变压器中将取代部分硅钢市场.在400Hz至10kHz中频范围内,即使有新的硅钢品种出现,铁基非晶合金仍将会取代大部分0.15mm以下厚度的硅钢市场.值得注意的是,日本正在大力开发FeMB系非晶合金和纳米晶合金,其Bs可达1.7~1.8T,而且损耗为现有FeSiB系非晶合金的50%以下,如果用于工频电子变压器,工作磁通密度达到1. 5T以上,而损耗只有硅钢工频变压器的10%~15%,将是硅钢工频变压器的更有力的竞争者.日本预计在2005年就可以将FeMB系非晶合金工频变压器试制成功,并投入生产.非晶纳米晶合金在中高频领域中,正在和软磁铁氧体竞争.在10kHz至50kHz电子变压器中,铁基纳米晶合金的工作磁通密度可达0.5T,损耗P0.5/20k≤25W/kg,因而,在大功率电子变压器中有明显的优势.在50kHz至100kHz电子变压器中,铁基纳米晶合金损耗P0.2/100k为30~ 75W/kg, 铁基非晶合金P0.2/100k为30W/kg,可以取代部分铁氧体市场.非晶纳米晶合金经过20多年的推广应用,已经证明其具有下述优点:1)不存在时效稳定性问题,纳米晶合金在200℃以下,钴基非晶合金在100℃以下,经过长期使用,性能无显著变化;2)温度稳定性比软磁铁氧体好,在‐55℃至150℃范围内,磁性能变化5%~10%,而且可逆;3)耐冲击振动,随电源整机在30g下的振动试验中,均未发生过性能恶化问题;4)铁基非晶合金脆性大大改善,带材平整度良好,可以剪切加工,也可以制成搭接式卷绕磁芯,经过5次弯折或拆卸,性能无显著变化.软磁复合材料经过争论,现在对磁粉芯等已经取得了一致认识,即认为它属于软磁复合材料.软磁复合材料是将磁性微粒均匀分散在非磁性物中形成的.与传统的金属软磁合金和铁氧体材料相比,它有很多独特的优点:磁性金属粒子分散在非导体物件中,可以减少高频涡流损耗,提高应用频率;既可以采取热压法加工成粉芯,也可以利用现在的塑料工程技术,注塑制造成复杂形状的磁体;具有密度小,重量轻,生产效率高,成本低,产品重复性和一致性好等优点.缺点是由于磁性粒子之间被非磁性体分开,磁路隔断,磁导率现在一般在100以内.不过,采用纳米技术和其他措施,国外已有磁导率超过1000的报导,最大可达6000.软磁复合材料的磁导率受到很多因素的影响,如磁性粒子的成分,粒子的形状,尺寸,填充密度等.因此,根据工作频率可以进行调整.磁粉芯是软磁复合材料的典型例子.现在已在20kHz至100kHz甚至1MHz的电感器中取代了部分软磁铁氧体.例如铁硅铝磁粉芯,硅含量为8.8%,铝为5.76%,剩余全为铁.粒度为90~4 5μm,45~32μm和32~30μm.用硅树脂作粘接剂,1%左右硬脂酸作润滑剂,在2t/cm2压力下,制成 的环形磁芯,在氢气中用673°K,773°K,873°K退火,使磁导率达到100,300,600.在10 13×8×50kHz下损耗低,已经代替软磁铁氧体和MPP磁粉芯用于电感器中.已经有人对大功率电源的电感器用软磁复合材料——磁粉芯进行了开发研究.在20kHz以下,磁导率基本不变.在1.0T下,磁导率为100左右.50Hz~20kHz损耗小,可制成100kg重量以上的大型的磁芯,而且在20kHz下音频范围,噪声比环形铁氧体磁芯降低10dB.可以在大功率电源中代替硅钢和软磁铁氧体.有人用钴/二氧化硅(Co/SiO2)纳米复合软磁材料制作不同于薄膜的大尺寸磁芯.钴粒子平均尺寸为30μm,填充度40%至90%,经过搅拌后,退火形成Co/SiO2纳米复合粉,然后压制成环形磁芯.磁导率在300MHz以下,都可达到16.镍锌铁氧体的磁导率为12,而且在100MHz以后迅速下降.证明在高频和超高频下,软磁复合材料也可取代部分铁氧体市场.新磁芯结构在电子变压器中的应用搭接式卷绕磁芯搭接式卷绕磁芯最早用于非晶合金配电变压器.它既有卷绕磁芯优点,激磁电流小,空载损耗低,又可以打开装卸线圈,消除一般卷绕磁芯的缺点,不需要用专用绕线机绕制线圈,生产效率提高,线圈出现问题时也便于更换和维修.现有3%取向硅钢的厚度已减薄到0.23mm和0. 27mm,用它们制造搭接式卷绕磁芯比非晶合金更容易.因此,搭接式卷绕磁芯有可能用于500V A以上的硅钢电源变压器,尤其是大容量整流电源和不停电电源中的硅钢电源变压器.立体三角形磁芯立体布置的三角形三相磁芯,现在正在国内风行.最早出现立体三角形磁芯可追溯到20世纪30年代,但是,由于磁芯需要特殊剪切加工,线圈需要专用绕线机绕制,而未能推广应用.现在可以用计算机控制磁芯剪切加工,已经有专用绕线机绕线.国内有5—6家企业在申请立体三角形磁芯变压器的专利.立体布置的三角形三相磁芯与平面布置的三柱式三相磁芯相比,磁通分布均匀,不会出现局部饱和,激磁电流和磁通的对称性好.问题是各个柱的截面要形成接近圆形相当困难,绕组平均匝长增加,负载损耗也会增加.可用于30kVA以上的大型变压器.正交形磁芯把C型磁芯的一半旋转90°,再接合在一起,就形成正交形磁芯.可以用直流控制绕组控制正交形磁芯的电感.日本索尼公司已经用软磁铁氧体制成这种磁芯,叫SX形磁芯,并且已经用于各种电视机的开关电源,作为驱动变压器,控制它的电感,使电路出现电压谐振或者电流谐振,而实现软开关条件.日本东北大学和东北电力公司已经用硅钢制成这种磁芯,用于功率补偿器和移相器,控制电力系统的有功和无功功率.与晶闸管功率补偿器和移相器相比,具有高次谐波少,电磁干扰小,控制电路简单等特点.磁性液体磁芯有人曾设想过,用注塑机加工变压器磁芯,可以避免硅钢磁芯冲片,热处理,叠片,组装等多道工序.现在正在开发磁性液体磁芯可以实现这种设想,用工程塑料做成磁芯外壳,中间注入磁性液体,表面再用磁性片封住.这样,大量生产的中小型电源变压器的加工效率可以显著提。