开关电源各磁性元器件的分布参数
开关电源磁芯主要参数
第5章开关电源磁芯主要参数5.1 概述5.1.1 在开关电源中磁性元件的作用这里讨论的磁性元件是指绕组和磁心。
绕组可以是一个绕组，也可以是两个或多个绕组。
它是储能、转换和/或隔离所必备的元件，常把它作为变压器或电感器使用。
作为变压器用，其作用是：电气隔离；变比不同，达到电压升、降；大功率整流副边相移不同，有利于纹波系数减小；磁耦合传送能量；测量电压、电流。
作为电感器用，其作用是：储能、平波、滤波；抑制尖峰电压或电流，保护易受电压、电流损坏的电子元件；与电容器构成谐振，产生方向交变的电压或电流。
5.1.2 掌握磁性元件对设计的重要意义磁性元件是开关变换器中必备的元件，但又不易透彻掌握其工作情况（包括磁材料特性的非线性，特性与温度、频率、气隙的依赖性和不易测量性）。
在选用磁性元件时，不像电子元件可以有现成品选择。
为何磁性元件绝大多数都要自行设计呢？主要是变压器和电感器涉及的参数太多，例如：电压、电流、频率、温度、能量、电感量、变比、漏电感、磁材料参数、铜损耗、铁损耗等等。
磁材料参数测量困难，也增加了人们的困惑感。
就以Magnetics公司生产的其中一种MPP铁心材料来说，它有10种μ值，26种尺寸，能在5种温升限额下稳定工作。
这样，便有10×26×5= 1300种组合，再加上前述电压、电流等电参数不同额定值的组合，将有不计其数的规格，厂家为用户备好现货是不可能的。
果真有现货供应，介绍磁元件的特性、参数、使用条件的数据会非常繁琐，也将使挑选者无从下手。
因此，绝大多数磁元件要自行设计或提供参数委托设计、加工。
本章将介绍磁元件的一般特性，针对使用介绍设计方法。
结合线性的具体形式的设计方法，以后还将进一步的介绍。
5.1.3 磁性材料基本特性的描述磁性材料的特性首先用B-H平面上的一条磁化曲线来描述。
以μ表示B/H，数学上称为斜率，表示为tanθ=B/h；电工上称为磁导率，如图5.1所示。
开关电源中磁粉芯认识, 铁氧体,粉芯, EMC,滤波电感
一). 粉芯类1. 磁粉芯磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。
由于铁磁性颗粒很小（高频下使用的为0.5~5微米），又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。
主要用于高频电感。
磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。
常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。
磁芯的有效磁导率me及电感的计算公式为： me = DL/4N2S ´ 109其中： D为磁芯平均直径（cm），L为电感量（享），N为绕线匝数，S为磁芯有效截面积（cm2）。
(1). 铁粉芯常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。
在粉芯中价格最低。
饱和磁感应强度值在1.4T左右；磁导率范围从22~100; 初始磁导率mi随频率的变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高。
(2). 坡莫合金粉芯坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯(MPP)及高磁通量粉芯(High Flux)。
MPP是由81%Ni, 2%Mo, 及Fe粉构成。
主要特点是: 饱和磁感应强度值在7500Gs左右；磁导率范围大，从14~550; 在粉末磁芯中具有最低的损耗；温度稳定性极佳，广泛用于太空设备、露天设备等；磁致伸缩系数接近零，在不同的频率下工作时无噪声产生。
主要应用于300KHz以下的高品质因素Q滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高的LC电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等, 在AC电路中常用, 粉芯中价格最贵。
高磁通粉芯HF是由50%Ni, 50%Fe粉构成。
主要特点是: 饱和磁感应强度值在15000Gs左右；磁导率范围从14~160; 在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度，最高的直流偏压能力；磁芯体积小。
开关电源中磁性元器件概要
开关电源中磁性元器件几乎所有电源电路中，都离不开磁性元器件 电感器或变压器。
例如在输入和输出端采用电感滤除开关波形的谐波；在谐振变换器中用电感与电容产生谐振以获得正弦波电压和电流；在缓冲电路中，用电感限制功率器件电流变化率；在升压式变换器中，储能和传输能量；有时还用电感限制电路的瞬态电流等。
而变压器用来将两个系统之间电气隔离，电压或阻抗变换，或产生相位移(3 相 Δ—Y 变换)，存储和传输能量(反激变压器)，以及电压和电流检测(电压和电流互感器)。
可以说磁性元件是电力电子技术最重要的组成部分之一。
磁性元器件—电感器和变压器与其他电气元件不同，使用者很难采购到符合自己要求的电感和变压器。
对于工业产品，应当有一个在规定范围内通用的规范化的参数，这对磁性元件来说是非常困难的。
而表征磁性元件的大多数参数(电感量，电压，电流，处理能量，频率，匝比，漏感，损耗)对制造商是无所适从的。
相反，具体设计一个磁性元件在满足电气性能条件下，可综合考虑成本，体积，重量和制造的困难程度，在一定的条件下可获得较满意的结果。
由于很难从市场上购得标准的磁性元器件，开关电源设计工作的大部分就是磁性元件的设计。
有经验的开关电源设计者深知，开关电源设计的成败在很大程度上取决于磁性元件的正确设计和制作。
高频变压器和电感固有的寄生参数，引起电路中各色各样的问题，例如高损耗、必须用缓冲或箝位电路处理的高电压尖峰、多路输出之间交叉调节性能差、输出或输入噪声耦合和占空度范围限制等等，对初步进入开关电源领域的工程师往往感到手足无措。
磁性元件的分析和设计比电路设计复杂得多，要直接得到唯一的答案是困难的。
因为要涉及到许多因素，因此设计结果绝不是唯一合理的。
例如，不允许超过某一定体积，有几个用不同材料的设计可以满足要求，但如果进一步要求成本最低，则限制了设计的选择范围。
因此最优问题是多目标的，相对的。
或许是最小的体积，最低成本，或是最高效率等等。
最终的解决方案与主观因素、设计者经验和市场供应情况有关。
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
电源磁芯尺寸功率全参数
电源磁芯尺寸功率全参数电源磁芯是电源变压器的重要组成部分，它承担着能量传递和磁通闭合的功能。
磁芯尺寸、功率和全参数对于电源的性能和效率有着重要的影响。
下面将详细介绍电源磁芯的尺寸、功率和全参数。
一、电源磁芯尺寸：电源磁芯的尺寸是指磁芯的外形尺寸、截面积和线圈匝数。
磁芯的外形尺寸一般由设计要求和空间限制决定，常见的形状有E型、EI型、U型、RM型等。
截面积决定了磁芯的磁导率和磁通容量，通常使用的磁芯材料有硅钢片、铁氧体等。
线圈匝数是根据设计要求和电源输出功率来确定的，它直接关系到磁芯的工作频率和电感系数。
二、电源磁芯功率：电源磁芯的功率是指它所能承载的最大输出功率。
功率的大小与磁芯的尺寸、材料和线圈匝数有关。
一般来说，功率越大，磁芯的尺寸越大，材料越好，线圈匝数越多。
功率的大小决定了磁芯的磁通密度和磁场强度，这直接影响到电源的效率和稳定性。
因此，在设计电源时需要根据所需的输出功率选择合适的磁芯功率。
三、电源磁芯全参数：电源磁芯的全参数包括磁芯的饱和磁感应强度、磁导率、损耗以及温升等。
饱和磁感应强度是指磁芯材料在磁场作用下达到饱和状态时的磁感应强度，它决定了磁芯的磁通容量和工作频率范围。
磁导率是指磁芯材料的磁导率，它决定了磁芯的磁导能力和磁路的效率。
损耗是指磁芯在工作过程中产生的磁滞损耗和涡流损耗，它影响到电源的效率和温升。
温升是指磁芯在工作过程中产生的热量，它决定了磁芯的散热能力和长期稳定性。
总结起来，电源磁芯的尺寸、功率和全参数是电源设计中需要考虑的重要因素。
合理选择磁芯的尺寸、功率和全参数，可以提高电源的效率和稳定性，满足设计要求。
因此，在设计电源时，需要根据实际需求和技术要求综合考虑这些因素，选择合适的磁芯。
开关电源中的磁性元件
开关电源中的磁性元件
Core Characteristics
BAe
flux in webers (1 weber = 1 tesla square meter) Slope = /F = P = permeance "Inductance Factor" in H / t2
F = H le
开关电源中的磁性元件
开关电源中的磁性元件
1 AcBel Confidential
开关电源中的磁性元件
Content
• • • • • • 典型的交流－直流电源的框图 电源的技术规格 电源中的关键磁性元件 常用的磁概念 磁性材料 电感和变压器
2 AcBel Confidential
开关电源中的磁性元件
v 0 time i 0 v Current (i)
• Voltage and current are related by: V = L di/dt.
• Slope of current = V /L. Positive voltage: Current ramps up. Negative voltage: Current ramps down.
开关电源中的磁性元件
法拉第定律的推导
D EN Dt
B Ae
B DB
D DB Ae 2B Ae
1 1 1 Dt T 2 2 f
E D 1 2 B Ae 1 4 B Ae f N Dt
2f
• 注意：该方程适用于方波（ Dt = 半个周期）。
技术规格
(100W 3Outputs)
• • • • • • 输入电压： 输入电流： 输入谐波： 保持时间： 浪涌电流： 输出：
开关电源电子元器件组成图解
开关电源电子元器件组成图解常见的计算机用电源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：3.3V、5V、12V、-12V及提供计算机关闭时待命用的5V Standby(5VSB)。
所以电源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。
电源转换流程为交流输入→EMI滤波电路→整流电路→功率因子修正电路(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DC-DC转换电路)→滤波(平滑输出涟波，由电感及电容组成)电路→电源管理电路监控输出。
以下从交流输入端EMI滤波电路常见的组件开始介绍。
交流电输入插座此为交流电从外部输入电源的第一道关卡，为了阻隔来自电力在线干扰，以及避免电源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滤波器电源插座，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滤波器的电源供应器，少了铁皮外壳多少会有噪声泄漏情形；而左边的插座上只加上Cx与Cy电容(稍后会介绍)，使用这类设计的电源，其EMI滤波电路通常需要做在主电路板上，若是主电路板上的EMI电路区空空如也，就代表该区组件被省略掉了。
目前使用12公分风扇的电源供应器内部空间都不太能塞下一体式EMI滤波器，所以大多采用照片左右两边的做法。
X电容(Cx，又称为跨接线路滤波电容)这是EMI滤波电路组成中，用来跨接火线(L)与中性线(N)间的电容，用途是消除来自电力线的低通常态噪声。
开关电源各磁性元器件的分布参数
开关电源各磁性元器件的分布参数开关电源是一种将输入电压转换为所需要的输出电压和电流的电源电路，其核心是磁性元器件。
磁性元器件主要包括变压器、电感和电感转变器等。
这些磁性元器件的分布参数对开关电源的性能起着重要的影响。
本文将详细介绍开关电源各磁性元器件的分布参数。
一、变压器的分布参数：1. 漏感Llk：变压器的漏感是指在变压器的两个绕组间存在一定的自感现象，即绕组之间产生的磁通量不能完全经过另一个绕组。
漏感的大小与绕组的结构和绕组之间的磁场环境有关。
漏感的存在使得变压器的输出电压受到负载电流的影响。
2. 漏感阻抗Zlk：漏感阻抗是指变压器的漏感对交流电的阻抗性质。
漏感阻抗的大小与漏感Llk和频率有关。
漏感阻抗越大，对电流的阻抗性能越好，输出电压的稳定性越高。
3.互感Lm：互感是指变压器的两个绕组之间通过磁场而相互感应的现象。
互感的存在使得变压器实现电压转换，并将输入电压与输出电压隔离。
4.耦合系数k：耦合系数是指变压器的两个绕组之间的磁耦合程度。
耦合系数越大，两个绕组之间的互感越强，输出电压的稳定性越好。
二、电感的分布参数：1. 漏感Llk：电感的漏感是指在电感线圈中存在一定的自感现象。
漏感的大小与线圈的结构和线圈之间的磁场环境有关。
漏感的存在使得电感对交流电的阻抗性能增加。
2. 漏感阻抗Zlk：漏感阻抗是指电感的漏感对交流电的阻抗性质。
漏感阻抗的大小与漏感Llk和频率有关。
漏感阻抗越大，对电流的阻抗性能越好。
3.互感Lm：互感是指两个电感线圈之间通过磁场而相互感应的现象。
互感的存在使得电感实现电压转换，并将输入电压与输出电压隔离。
4.耦合系数k：耦合系数是指电感的两个线圈之间的磁耦合程度。
耦合系数越大，两个线圈之间的互感越强，输出电压的稳定性越好。
三、电感转变器的分布参数：1. 输入电感Lint：输入电感是指电感转变器的输入端的电感。
输入电感的大小与电感转变器的结构和输入端的磁场环境有关。
2. 输出电感Lout：输出电感是指电感转变器的输出端的电感。
开关电源磁性元件2
“时钟频率”是控制IC芯片产生的时钟脉冲频率。
通常，开关频率与时钟频率相同，但不总是这样。
偶尔，控制IC芯片经分频获得低的开关频率。
特别将推挽IC控制芯片用于单端正激变换器，仅用两个开关驱动中的一个，保证最大占空度不超过50％。
在这种情况下，开关频率是时钟频率的一半通常发生混淆是推挽类拓扑。
推挽类（推挽，半桥和全桥）功率电路每个功率开关以1/2时钟频率驱动，电路的开关频率就是时钟频率。
变压器和单个功率开关和单个整流器都以“变压器频率f T”工作,它是开关频率的一半。
电路输出滤波工作在开关频率。
7.1.7 占空度占空度D定义为功率开关导通时间T on与开关周期T的比：D=T on/T。
在单端正激变换器中，这很容易明白。
但在双端双路交错正激和推挽类变换器中，时常发生混乱。
例如，双端双路交错正激变换器中，对于每一路，在输入电压最低U i min时最大占空度约为0.45，每路变压器在45％时间内传输功率，传输总功率的一半。
而对输出滤波电感占空度则为0.9。
在半桥电路工作于最低电压时，占空度接近90％（D=0.9）。
变压器在90％的时间传输功率，90％时间电压脉冲加在输入滤波器上等等。
但对于单个功率开关和单个整流器，总是交替导通，占空度仅45％。
输出滤波器可以看成D=0.5T on/0.5T=T on/T。
在整个电源设计中，应保持D的定义一致。
正激或推挽类变换器稳态时，当输入电压变化时，反馈控制电路根据输入电压的变化反比改变占空度D，以维持输出电压的稳定U o=U2’D。
U2’≈U i/n－滤波器输入电压，等于变压器次级电压减去整流二极管压降。
因此U T U DfnUfi oniso s==（7-1）式中f S=1/T－开关频率。
当输出电压恒定时，稳态情况下变压器线圈上的伏秒为常数，与电网电压和负载电流无关。
当输入电压最低（U i min）时，占空度最大，还要考虑到以下对最大占空度的限制：①根据输出电压调节范围，在输入电压最低时应保证输出最高电压。
开关电源磁芯尺寸和类型的选择(凭经验)
单端反激式开关电源磁芯尺寸和类型的选择字体大小：大| 中| 小2008-08-28 12:53 - 阅读：6184 - 评论：2 徐丽红王佰营A、InternationalRectifier公司--56KHz输出功率推荐磁芯型号0---10WEFD15 SEF16 EF16 EPC17 EE19 EF(D)20 EPC25 EF(D)2510-20WEE19 EPC19 EF(D)20 EE,EI22 EF(D)25 EPC2520-30WEI25 EF(D)25 EPC25 EPC30 EF(D)30 ETD29 EER28(L)30-50WEI28 EER28(L) ETD29 EF(D)30 EER3550-70WEER28LETD34 EER35 ETD3970-100WETD34 EER35 ETD39 EER40 E21摘自InternationalRectifier,AN1018-“应用IRIS40xx系列单片集成开关IC开关电源的反激式变压器设计”B、ELYTONE公司型号输出功率（W）<5 5-10 10-20 20-50 50-100 100-200 200-500 500-1KEI EI12.5 EI16 EI19 EI25 EI40 EI50 EI60 -- EE EE13 EE16 EE19 EE25 EE40 EE42 EE55 EE65<5 5-10 10-20 20-50 50-100 100-200 200-500 500-1K EF EF12.6 EF16 EF20 EF25 EF30 EF32 -- --EFD -- EFD12 EFD15 EFD20 EFD25 EFD30 -- -- EPC -- EPC13 EPC17 EPC19 EPC25 EPC30 -- -- EER EER9.5 EER11 EER14.5 EER28 EER35 EER42 EER49 -- ETD -- -- ETD29 ETD34 ETD44 ETD49 ETD54 --EP EP10 EP13 EP17 EP20 -- -- -- -- RM RM4 RM5 RM6 RM10 RM12 RM14 -- -- POT POT1107 POT1408 POT1811 POT2213 POT3019 POT3622 POT4229 -- PQ -- -- -- PQ2016 PQ2625 PQ3230 PQ3535 PQ4040 EC -- -- -- -- -- EC35 EC41 EC70 摘自PowerTransformers OFF-LINE Switch ModeAPPLICATION NOTES"Converter circuitas a function of S.M.P.S. output voltage (Vo) and output power (Po)"C、Fairchild Semiconductor公司--67KHzOutput Power EIcore EE core EPC core EER core0-10W EI12.5 EE8 EPC10EI16 EE10 EPC13EI19 EE13 EPC17EE1610-20W EI22 EE19 EPC1920-30W EI25 EE22 EPC25 EER25.530-50W EI28 EE25 EPC30 EER28EI3050-70W EI35 EE30 EER28L70-100W EI40 EE35 EER35100-150W EI50 EE40 EER40EER42150-200W EI60 EE50 EER49EE60The core quickselection table For universal input range, fs=67kHz and 12V singleoutput摘自：Application Note AN4140Transformer Design Consideration for off-lineFlybackTMConverters using Fairchild Power Switch (FPS)D、单端反激式变压器磁芯的选择公式Ve =5555 * P / f式中：Ve——为磁芯的体积：Ve=Ae*Le；单位为：毫米立方；P——为输入功率；单位为：瓦；f——为开关频率；单位为：千赫兹；本公式假设：Bm=0.3T, Lg/Le=0.5%=气隙长度/磁芯等效长度；如果Lg/Le=气隙长度/磁芯等效长度=1%时，又如何计算呢？（请考虑）输出功率、磁芯截面积和开关频率决定气隙，因为在反激式开关电源中气隙的体积大小决定储能的多少，频率决定能量传输的快慢；如：EI25Ve=2050mm³，Ae=42平方毫米，Le=49.4mm；f=40KHz；η=0.75；Lg= 0.005*49.4 = 0.247mm ---气隙长度Pin =Ve*F/5555 = 2050*40/5555 = 14.76W；Pout =η*Pin= 0.75 * 14.76 = 11.07W;若：f=100KHz 则：Pout = 11.07W *(100/40) = 27.675W;反激式开关电源设计的思考一字体大小：大| 中| 小2007-03-01 11:00 - 阅读：4593 - 评论：3反激式开关电源设计的思考一王佰营徐丽红对一般变压器而言，原边绕组的电流由两部分组成，一部分是负载电流分量，它的大小与副边负载有关；当副边电流加大时，原边负载电流分量也增加，以抵消副边电流的作用。
开关电源磁芯材料的基本参数H(“磁场”相关文档)共102张
e)的单位的推导
2
的单位B的单位 Wb/m Wb 的单位
HB的 的单 单位 位
Wb/m2 A/m
Wb A•m
H的单位A/m A•m V •s •s H (亨/米)
A•m m m
e N d L di
V•s dt dt
•s
H(亨/米)
A•m m m
eNdLdi Nd edt dt dt Ldi edt
实用单位CGS制 工程上使用比较方便
英美国家通常用CGS制，我国则采用MKS制
磁化(Magnetization)
无外磁场作用下特点 有外磁场作用下的特点
磁场的表达 小磁针放在磁铁附近，在磁力的作用下的表现。
磁力线，磁感应线，磁通线表示磁场；并不真正 存在这些线条，也没有物理量在这些线条上流动， 只是为了表达。
线圈中磁通增长相
应的磁化电流为：
i Hl N
电路输入到磁
场的能量为：
t
W e0iu
d tt HN Ld AB d t 0 N dt
磁能积
再经过时间t,线圈中磁场达到了B
B
B
WeW e00BA AlH lH dVB 0B dH VBd0BHdB
存储在磁场 中的能量：
V Al磁场的体积 磁能积
8、饱和磁通密度 Saturation magnetic flux density
9、剩余磁通密度
Residual magnetic flux density
10、矫顽力
Coercivity
与损耗相关的参数
11、损耗因数
Loss factor
12、比损耗因素 Relative loss factor
VACUUMSCHMELZE
开关电源磁性元件磁心选择的计算
开关电源磁性元件磁心选择的计算-AP值法1前言开关电源以其体积小，重量轻，效率高，控制灵活可靠等优点成为现代广泛应用的电力变换装置。
开关电源磁性元件，如开关变压器和谐振电感等，是开关电源的核心组成部分之一。
设计合理、可靠的磁性元件，是设计性能优良的开关电源的基础。
所谓合理、可靠的磁性元件，就是在满足元件功能的情况下，能够长期安全工作，温升在允许的范围内，而且体积小，重量轻，材料节省。
磁性元件设计的关键，是选取合理的磁心。
因为磁性元件的主要部分就是磁心和线圈，一旦磁心确定，线圈也就基本确定了。
只有选取了适当的磁心，才能设计出合理、可靠的磁性元件。
选取磁心的算法有多种，如查表法[1]、磁心结构常数法（Y值法）[2]等。
而AP 法是理论比较严密，磁心参数查找比较便利的一种方法。
2选择开关电源磁性元件磁心的材料、结构和必备的计算参数2.1材料变压器磁心选用高磁导率软磁材料制造，以减少磁滞损耗与磁心体积，提高励磁效率。
几种常用磁心材料的磁导率和适用频率范围可以用图1[3]粗略描述。
从图中可以看出，适用于开关电源工作频率段的磁心材料主要有铁氧体、铁粉磁心等。
其中，尤以Mn-Zn铁氧体综合特性最好，因此使用最广泛。
2.2铁氧体磁心结构和应用铁氧体磁心已经形成系列标准结构与尺寸，规格品种繁多，常用的铁氧体磁心结构和形状有EE型、ETD（EC）型、EI型、U型、罐型、环型等，外形结构如图2。
1）EE型特点：窗口大，散热好；结构规则，便于组合使用。
缺点是电磁屏蔽性能差、干扰大。
适用：较大功率开关电源变压器、电感，驱动变压器，脉冲变压器；2）ETD（EC）型特点：窗口大，散热好；磁心截面积大，绕线匝数少，长度短，漏感小，铜损小。
适用：较大功率开关电源变压器、电感，扼流圈，更适合高频使用。
3）EI型特点：与EE相似。
适用：开关电源变压器，驱动变压器，脉冲变压器。
4）U型磁心特点：窗口面积大，适用于大功率型变压器或高压型变压器。
开关电源磁芯尺寸功率等参 数
开关电源磁芯尺寸功率等参数MnZn 功率铁氧体EPC功率磁芯特点：具有热阻小、衰耗小、功Array率大、工作频率宽、重量轻、结构合理、易表面贴装、屏蔽效果好等优点，但散热性能稍差。
用途：广泛应用于体积小而功率大且有屏蔽和电磁兼容要求的变压器，如精密仪器、程控交换机模块电源、导航设备等。
EPC功率磁芯电气特性及有效参数注：AL值测试条件为1KHz,0.25v,100Ts,25±3℃Pc值测试条件为100KHz,200mT,100℃EE、EEL、EF型功率磁芯特点：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、热稳定性能好用途：广泛应用于程控交换机电源、液晶显示屏电源、大功率UPS逆变器电源、计算机电源、节能灯等领域。
EE、EEL、EF型功率磁芯尺寸规格 EE、EEL、EF型功率磁芯电气特性及有效参数注：AL值测试条件为1KHz,0.25v,100Ts,25±3℃Pc值测试条件为100KHz,200mT,100℃EI型功率磁芯特点：结构紧凑、体积小、工作频率高、工作电压范围广、气隙在线圈顶端耦合紧、损耗低。
损耗与温度成负相关，可防止温度的持续上升。
用途：电源转换变压器及扼流圈、DVD电源、照相机闪光灯、通讯设备及其它电子设备。
EI型功率磁芯尺寸规格 EI型功率磁芯电气特性及有效Pc值测试条件为100KHz,200mT,100℃PEE、PEI功率磁芯PEE、PEI型功率磁芯尺寸规格PEE、PEI型功率磁芯电气特性及有效参数注：AL值测试条件为1KHz,0.25v,100Ts,25±3℃Pc值测试条件为100KHz,200mT,100℃ER功率磁芯于绕线且绕线面积增大,可设计功率大而漏感小的变压器。
用途：开关电源变压器,脉冲变压器,电子镇流器等。
ER型功率磁芯电气特性及有效参数注：AL值测试条件为1KHz,0.25v,100Ts,25±3℃Pc值测试条件为100KHz,200mT,100℃ETD型功率磁芯特点：中柱为圆形,绕制接线方便且绕线面积增大,可设计出功率大且漏Array感小的变压器。
开关电源各磁性元器件的分布参数
开关电源各磁性元器件的分布参数开关电源是一种能够将电源输入的直流电转换为经过开关管开关调制后的高频方波电流输出的电源。
开关电源中常使用到的磁性元器件包括变压器、电感器、磁环和补偿电感等。
本文将分别介绍这些磁性元器件的分布参数，包括互感系数、漏感系数、品质因数和饱和电感等。
1.变压器：变压器是开关电源中最常见的磁性元器件之一，其主要用于实现电压变换、隔离和电流控制等功能。
变压器的互感系数（k）是衡量一组线圈中能够转移能量的比例，k的范围通常在0.8到1之间。
当变压器的一端开路时，另一端的电流不能完全传导到另一线圈，形成了漏感。
漏感系数（k_m）是分析变压器性能的重要参数，其数值范围一般在0.03到0.3之间。
同时，变压器的品质因数（Q）是描述其在工作频率下的能量传输效率的指标，其数值越大，表示能量传输越高效。
2.电感器：电感器是通过感应磁场来储存和释放电能的元件。
开关电源中使用到的电感器主要包括电感线圈、磁环和电感峰值等。
电感线圈的主要参数是饱和电感（L_s）和功率损耗（R_s）。
饱和电感是在给定电流下，电感线圈中储存的能量的最大值。
功率损耗是电感器在工作时由于电阻而产生的能量损耗。
磁环是一种通过改变线圈的电流来调整电感器参数的设备。
3.磁环：磁环是用于储存和调整磁场能量的一种磁性材料。
在开关电源中，磁环主要用于调整电感器的感应能量。
磁环的厚度、面积和抗磁饱和能力等是影响其性能的重要参数。
4.补偿电感：开关电源中的补偿电感用于实现对电源端电感的变化进行补偿，从而提高系统的稳定性和效率。
补偿电感的主要参数是补偿比（R_c），它是补偿电感的导磁性能与电源端电感的比值。
当补偿比为1时，表示补偿电感和电源端电感的导磁性能相等。
综上所述，开关电源中的磁性元器件包括变压器、电感器、磁环和补偿电感等，它们都具有不同的分布参数。
了解和掌握这些分布参数有助于正确选择磁性元器件，优化开关电源的性能和效率。
开关电源变压器磁芯参数1
开关电源变压器磁芯参数1
开关电源变压器磁芯参数1
1.材料：常见的磁芯材料包括铁氧体、磁性氧化物以及一些稀土磁材
料如钐铝石榴石（SmCo）和钕铁硼（NdFeB）。
这些材料具有高磁导率和
低磁损耗的特性，可以有效地转换电能。
2.形状：磁芯的形状可以是环形、EE形、EI形、E形、U形等。
环形
磁芯常用于高频开关电源变压器，而EE形、EI形、E形和U形磁芯常用
于低频和中频开关电源变压器。
3.尺寸：磁芯的尺寸通常由外径、内径、高度和槽数等来确定。
这些
尺寸的选择与变压器的功率要求以及开关频率有关。
一般来说，功率越大，磁芯的尺寸越大。
4.饱和磁通密度：饱和磁通密度是指磁芯所能承受的最大磁通密度。
选择合适的磁芯材料和尺寸可以确保在额定电流下不产生饱和磁通密度，
以避免磁芯因饱和而产生磁损耗。
5.磁导率：磁导率是指磁芯能导磁的能力，也是一个重要的参数。
高
磁导率可以提高变压器的转换效率。
6.磁芯损耗：磁芯损耗是指磁芯在工作过程中因磁滞、涡流和分子摩
擦等因素而产生的能量损耗。
选择低磁芯损耗的磁芯材料和合理设计磁芯
结构可以提高变压器的效率。
7.温度特性：磁芯的温度特性指的是磁芯在不同温度下的磁导率和磁
损耗等参数的变化。
不同的磁芯材料有不同的温度特性，合理选择磁芯材
料和设计磁芯结构可以确保变压器在不同温度下的稳定性。
以上是开关电源变压器磁芯的一些常见参数。
在设计和选择开关电源变压器时，需要仔细考虑这些参数，以满足不同的应用需求。
开关电源磁芯材料的基本参数
开关电源磁芯材料的基本参数1.磁导率磁导率是磁场在材料中传播时的能力。
它是一个描述磁场在材料中传递程度的物理量。
磁导率决定了材料对磁场的响应程度，是评价磁芯材料性能的重要指标之一、磁导率越高，材料对磁场的响应越好，磁芯效率也越高。
常见的磁芯材料磁导率范围为10至10,000。
2.剩磁剩磁是指当外部磁场作用于材料后，材料中仍存在的磁感应强度。
剩磁越高，代表材料中存在的磁场越强，也就是说材料有更高的磁化程度。
剩磁的存在对于开关电源来说是不利的，因为在转换器的开关过程中，如果芯材中有较高的磁场，可能会导致不必要的能量损耗和电流噪声。
3.矫顽力矫顽力是描述磁芯材料磁化所需的外部磁场强度。
矫顽力越高，材料的抗磁化程度越强。
高矫顽力可以帮助磁芯材料更快地达到磁化状态，从而提高磁芯的工作效率和稳定性。
矫顽力也可以用来描述磁芯材料的回磁能力，即当磁场消失时，磁芯对磁化的保持能力。
除了上述基本参数，还有其他一些重要的指标需要考虑，如饱和磁感应强度、温度特性和损耗功率等。
饱和磁感应强度是指磁芯材料达到饱和磁化状态时的磁感应强度。
当外部磁场的强度超过材料的饱和磁感应强度时，磁芯将无法继续磁化，从而影响磁芯材料的工作效果。
温度特性是指磁芯材料的磁性能随温度变化的特性。
温度对磁性能有很大影响，所以磁芯材料应具有良好的温度稳定性，以确保开关电源在不同温度下的稳定工作。
损耗功率是指开关电源在磁芯材料中通过的能量损耗。
磁芯材料应具有较低的损耗功率，以提高开关电源的效率。
总之，在选择开关电源磁芯材料时，需要综合考虑其磁导率、剩磁、矫顽力、饱和磁感应强度、温度特性和损耗功率等基本参数，以保证开关电源的性能和效率。
开关电源电路中每个元件的作用及参数计算
开关电源电路中每个元件的作用及计算本次讲解电源以一个1 3.2W电源为例输入：AC90~264V 输出:3. 3V/4A 原理图SZ r/77 ΓT1 Γ∏变圧器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验证是很重耍的。
决定变压器的材质及尺寸：依据变圧器计算公式-S(IlIaX) = ^^xlOO GClItSSNPXAe■B(InaX)= 铁心饱介的磁通密度(GaUSS)■LP = —次侧电感值(UH)^IP ≡次侧峰侑电流(A)^NP ≡一次側(主线圈)圈数^Ae- 铁心戯而^(ClIr)P B(InaX)依铁心的材质及木自的温度来决立・以TDK FeniteCOre PC40为例∙ 100*C时的B(max)为 3900 Gauss.设汁时应考虑零件误差•所以一般取3000-3500 GauSS 21间•托所段汁的POWer为 AdaPter(⅛外先测应取3000GMlSS左右.以避免佚心因局温向饱合• 一股血言铁心的尺寸越大. Ae越A¾∙所以可以做较大瓦数的POwer=决定一次侧滤波电容: 滤波电容的决定,可以决定电容器上的Vin(min),滤波电容越大,Vin(win)越高，可以做较大瓦数的POWer ,但相对价格亦较高。
决定变压器线径及线数：当变压器决定后,变压器的BObbin即可决定,依据BObbin的槽竞，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流密度一般以6A∕mm2为参考，电流密度对变压器的设计而言，只能当做参考值，最终应以温升记录为准。
决定DUty CyCle (工作周期)：由以下公式可决定DUty CyCle , DUty CyCle的设计一般以50%为基准，DUty CyCle若超过50%易导致振荡的发生。
NS _(Fo + T D)X(I-D)NP P‰(min);TD>NS=二次侧圈数>NP= 一次侧圈数》VO=输出电丿卡.>Λ⅛=二极管顺向电压>VilI(1】Iln)=滤波电容上的谷点电压> D =匸作周期(D Uty CyCle)决定IP值:J T 1 W T POHt Fn7(Inin) PIP = IaV + —ΔZ IaV =---- : ------ Δ/ = ------------- X—2 VJH(nyin)xDxηLP f ” IP= 一次侧峰值电流厂IaV= 一次侧平均电流” PoUt =输岀瓦数> η =效率， f = P∖VM震荡频率决定辅助电源的圈数：依据变圧器的圈比关系，可决定辅助电源的圈数及电圧。
轻松教你了解开关电源等磁性元器件的分布参数
轻松教你了解开关电源等磁性元器件的分布参数
请跟随我一起看下面这22张图，然后你就会了解开关电源等磁性元器件的分布参数了~
功率变换器中的功率磁性元件
作用：起磁能的传递和储能作用，必不可少的元件
特点：体积大，重量大，损耗大，对电路性能影响大
挑战：对变换器功率密度影响很大，成为发展瓶颈
功率变换器技术与磁性元件
拓扑：正激，反激，推挽，全桥移相，LLC，等，磁集成，磁耦合；
控制：控制芯片+控制电路，变压器环节+滤波器环节；
封装：PCB绕组，绕组+同步MOS, 超薄磁元件；
元件：有源器件，电容，磁性元件(设计+定制)；
仿真：电路模型，器件模型(IC, MOS, Diode, Cap, 磁性元件)；
电磁兼容：布板，EMI滤波器, 分布参数, 近场耦合；
制造：自动化, 磁性元件(人工制作)
品质：磁性元件测试，失效分析。
磁性元件的模型
变压器模型
电感器模型
反激变换器实际工作波形
DCM下波形与变压器参数。
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摘要
•磁性元件对功率变换器的重要性
•磁性元件的设计考虑与相应模型
•磁性元件模型参数对电路性能的影响
•变压器的涡流(场)特性-损耗效应
•变压器的磁(场)特性-感性效应
•变压器的电(场)特性-容性效应
功率变换器中的功率磁性元件
•作用：起磁能的传递和储能作用，必不可少的元件
•特点：体积大，重量大，损耗大，对电路性能影响大
•挑战：对变换器功率密度影响很大，成为发展瓶颈
功率变换器技术与磁性元件
•拓扑: 正激，反激，推挽，全桥移相，LLC，等，磁集成，磁耦合；•控制: 控制芯片控制电路，变压器环节滤波器环节；
•封装: PCB绕组，绕组同步MOS, 超薄磁元件；
•元件: 有源器件，电容，磁性元件(设计定制)；
•仿真: 电路模型，器件模型(IC, MOS, Diode, Cap, 磁性元件)；•电磁兼容: 布板，EMI滤波器, 分布参数, 近场耦合；
•制造: 自动化, 磁性元件(人工制作)
•品质: 磁性元件测试，失效分析。
磁性元件的模型
变压器模型
电感器模型
反激变换器实际工作波形
DCM下波形与变压器参数
CCM下波形与变压器参数
电感分布电容EPC对损耗的影响
变压器中的磁场/涡流场分布特性
铜箔导体的涡流损耗特性
降低变压器的绕组损耗--基本结构考虑
不同绕组结构的磁场和电流密度分布
绕组的分布电容EPC
电感绕组分布电容的形成机理
电感绕组不同绕法对分布电容的影响
分布电容计算的基本方法
线圈分布电容的近似理论计算
多层线圈的分布电容
带屏蔽层的绕组分布电容
分段绕组的分布电容特性
变压器内部的电荷分布情况与分布电容
有屏蔽层变压器内部的电荷分布情况
变压器副边电荷的抵消设计
结论
•磁性元件技术对功率变换器是十分重要的；
•磁性元件的分布参数对电路性能（效率，功率密度和可靠性）具有重要的影响；
•从磁性元件内部的磁场、电场和涡流场层次，可以更深入完整地理解磁性元件的各项参数；。