(整理)开关电源中磁性元器件磁元件思考题.
消除电源中的变压器和电感等磁性元器件困惑
消除电源中的变压器和电感等磁性元器件困惑对基础定理和概念的透彻理解是我们逐步消去疑云的最好法宝，下面我们就来验证这句话吧，耐心看完，必有帮助！1、磁场电流产生磁场-H，这是基本的自然现象，也是我们电源中磁性元器件设计应用的基础。
这里我们先不量化磁场，因为我们希望在实际电源磁性元器件设计中，我们能通过直观的方式简化它，专攻我们涉及到的磁场，把复杂问题简单化。
2、怎样认识材料的磁导率看不见摸不着的空气也是一种磁性材料介质，只不过导磁比较弱罢了，所以磁性材料是广泛而存在的。
（1）怎样理解磁导率，它的含义是什么？你想过吗？假如我们不用导磁良好的磁性材料，当你需要绕制一个电感，在以空气为介质的情况下，你会得到一个空心电感，但当你测量电感量时，你会惊讶地发现，电感量远远达不到你的设计值，这是因为以空气或真空这类弱导磁材料的磁导率μ实在是太低了，磁场感应遇到了巨大的阻力，没法给你想要的电感量。
电感本质是什么，还不是表征产生磁场或磁感应强度的能力嘛类比电学中的电导率σ在电学中，我们衡量某种物质的导电性质时，常用电导率σ去衡量（σ=1/ρ，ρ是材料的电阻率），电导率越大，意味着这种材料导电性越好，这个参数是材料本身的特性，单位是“西门子/米-s/m”，比如铜和铝导体分别对应着不同的电导率。
真空中的磁导率μ0国际单位制下真空磁导率如下：这个只是真实的真空磁导率测量值，表征真空这种材料介质的导磁特性，也就是真空的属性，是自身的。
不仅真空如此，任何材料的磁导率都是自身的属性，正如铜、铝等导体的电导率一样。
真空磁导率μ0单位或量纲的含义单位H/m，中文是“亨/米”，其含义是单位长度的真空距离上，对应这段长度的真空电感量是4*3.14159*10-7亨-H设计中由于“亨-H”这个单位太大了，这里也可以表示为纳亨-nH，也就是大约12nH/cm。
常用单位的还有毫亨-mH和微亨-uH。
※在这里，你会不会想到，有些文献在衡量一截导线时，尤其是我们使用的示波器，某些厂家会给出地线夹对应的电感量，通常会给10nH/cm这个值，也是接近我们真空磁导率这个值的。
20170417-开关电源中的磁元件基础知识(四)
开关电源中的磁元件基础知识(四)普高（杭州）科技开发有限公司张兴柱博士磁元件的铁芯损耗：当磁性材料中外加交流磁场后，由于磁性材料的特性，其铁芯中会有两种不同的损耗产生，一种是因为B-H曲线的磁滞所引起的损耗，称为磁滞损耗；另一种是因为铁芯中的交变磁通在铁芯内产生感应电流，从而引起的损耗，称为涡流损耗。
这两种损耗的机理不同，下面分别给与介绍。
H（a）单绕组磁元件（b）B-H曲线图1：磁滞损耗产生的机理图1（a）和（b）分别是一个单绕组磁元件和构成的磁元件在某一正弦激励频率下的B-H曲线。
假定外部激励电流是频率为f的正弦波，那么由它产生的磁场H也是一个频率为f的正弦波，在此磁场激励下，其一个周期内（a→b→c）的励磁和去磁可用图2所示的B-H 加以表示。
其中a→b是外部磁场增加的过程，它在B-H曲线中按红色向上的箭头进行励磁；b→c是外部磁场减小的过程，它在B-H曲线中按红色向下的箭头进行去磁。
从B-H曲线可知，一个正弦交流周期内由励磁和去磁路线组成了一个图中印影所示部分的面积，此面积的大小与外部磁场的频率和幅度有关，在幅度不变时，随着频率的增加，这个面积也将增加。
H图2： 正弦激励下的B-H 曲线图1（a ）的磁元件在一个周期内的能量可由下式计算：∫∫∫===一周期一周期一周期HdB l A dt n l t H dt t dB nA dt t i t v w m c m c )()()()()( 该磁元件的功率为：∫∫×==一周期一周期HdB l A f T dtt i t v P m c H )()()(上述功率损耗是磁元件一个周期内因励磁和去磁中存在B-H 磁滞而引起的，所以称为铁芯的磁滞损耗，磁滞损耗的大小与铁芯的大小 )(m c l A 成正比，与铁芯外加的磁场频率f 成正比，还与铁芯一个周期内因励磁和去磁所包围的B-H 面积∫一周期HdB 成正比。
由于∫一周期HdB 与铁芯的频率也有关系，所以铁芯的磁滞损耗与铁芯外加的磁场频率f 并不是一个简单的比例关系，而需要通过实验来获取这一系数。
20170418-开关电源中的磁元件基础知识(五)
开关电源中的磁元件基础知识(五)普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士磁元件的绕组损耗：磁元件除了铁芯外，还有一个组成就是绕组。
最简单的磁元件---电感，就是由铁芯和一个绕组组成的，单输出变压器则是由铁芯和两个绕组组成的。
磁元件中的损耗除了前面介绍的铁损外，还有下面要介绍的铜损。
铜损其实就是磁元件绕组中所产生的损耗，由于绕组一般采用铜导线或铜皮，它具有一定的电阻，所以当绕组中通过电流时，就会产生相应的损耗。
当绕组中流过的电流是低频正弦电流或直流时，单绕组电感可用图1等效，其损耗为：L rms R I P 2=其中：rms I 为流过绕组的电流有效值；L R 为绕组的低频等效电阻，wb L A l R ρ=，ρ为绕组的电阻率，b l 为绕组的长度，w A 为绕组的截面积。
当绕组中的电流是高频正弦时，绕组的损耗会变得比较复杂。
电磁学原理中介绍过通有高频电流的绕组，它有两种效应：一种是绕组的集肤效应，一种是绕组之间的邻近效应。
如果没有很好理解这两种效应，那么就可能设计出不合理的高频绕组，从而导致绕组的铜损大大增加。
电图2： 集肤效应产生原因示意图图2是用来介绍绕组集肤效应产生原因的示意图。
图中画的是绕组导体的一部分，假定导体中的电流为高频正弦电流，那么导体周围就会产生一个如图中红色箭头方向所示的交变磁通，这个变化的磁通会在导体表面和导体内部产生感应电流，方向如图中蓝色箭头所示。
从感应电流的方向可知，导体表面的感应电流与外部电流方向相同，促使导体表面的电流密度增加，而导体内部的感应电流与外部电流的方向相反，促使导体内部的电流密度减小，当导体的线径很大时，在导体中心附近就会有一段的电流密度是零。
这个现象表明了当导体中通过高频电流时，在导体内真正有电流流过的距离（从表面向里）是有限制的，其长度为δ，也叫穿透深度。
这种高频电流只能在表面附近的有限长度内流过导体的现象就是电磁学原理中介绍的集肤效应。
由集肤效应引起的穿透深度δ与频率有关，一般关系式如下：fo πµρδ= 其中：ρ为绕组的电阻率，对于铜导线（100°C ），其cm f 5.7=δ。
最新开关电源中磁性元器件磁元件思考题
开关电源中磁性元器件磁元件思考题磁性元器件思考题1. 有一根导线直径d ＝1cm ，置于空气中，流过电流5安培，请问在垂直于导线的平面上，距离导线中心5cm 圆周上，磁场强度H =？B =?（分别用MKS 和CGS 表示）？标出磁场强度方向。
以导线中心为圆心的直径0.5cm 处磁场强度H=?2. 环尺寸如题图2(b)，左边线圈流入2A 电流，右边线圈流入1A 电流（题图2(a)），磁导率μr =1000。
请问磁芯中磁场强度H =?,磁感应强度B=?3. 题图1与导线同心放置一个磁导率μr =1000的磁环。
环的内径d =4cm,外径D =6cm,高h =1cm 。
请问磁芯中H ＝? B =? φ=?(分别用MKS 和CGS 单位表示)4. 有一个磁环如题图2(b)，不知道其磁导率是多少。
磁环尺寸内径d =4cm,外径D =6cm, 高h =1cm 。
在环上绕了20匝线圈，测量得到电感量为10μH ，请求出磁环材料的相对磁导率和绝对磁导率。
在CGS 中磁导率是多少？如果给20匝线圈流过0.5A 电流，线圈的总磁链是多少？5. 一个磁环的相对磁导率为3000,外径、内径和高分别为38.1mm 、25.4mm 和19.05mm 。
求40匝线圈的电感量。
6. 证明一个气隙磁芯电感的气隙长度δ与磁路长度l c 之比为⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=c c cH l NiB l 0μδ7. 一个变压器上有3个线圈，测得一个变压器上两个线圈的电感分别为L 1=0.2mH 、L 2=50μH ，L 3=2μH 。
L 3的匝数为3匝,请问L 1 、L 2 的匝数为多少？将L 1与L 2串联题图2(a)h 题图2(b)测量总电感，L 1再颠倒一次与L 2串联测量一次，分别测得电感量为435μH 和50μH,请问两个线圈之间的互感M ＝？耦合系数k =?8. 能否列举两种以上判断同名端的方法。
请说出判断方法的原理。
9. 请证明两个耦合线圈并联等效电感公式（2-17）。
开关电源题库整理
一、填空题1.按稳压电路实现的方法不同，稳压电源可分为三种：线性稳压电源、相控稳压电源、开关稳压电源。
2.在电源维护规程中，要求正弦畸变率小于 5 %。
3.直流供电系统是由整流设备、直流配电设备、蓄电池组、直流变换器、机架电源设备和相关的配电线路组成的总体。
4.直流配电屏按照配线方式不同，分为低阻和高阻两种。
5.一般情况下，通信机房直流电源使用的电池组( 48V)的浮充电压为53.5 V 。
均充电压为56.4 V。
6.通信电源中的接地系统按用途可分为：工作接地、保护接地、防雷接地。
7.通信电源一般采用阀控式密封铅酸蓄电池作为备用电源，通信电源一般需要___24_节单体电池串联组成 48V 电池组。
8.TRC 指时间比例控制，其三种实现方式为：脉冲宽度调制方式、脉冲频率调制方式、混合调制方式。
9.蓄电池的浮充电压一般需要随环境温度的增高而减小。
10.高频开关电源由于工作频率高，所以变压器和滤波元件的体积和重量小。
11.维护规程中电源设备故障的基本定义是： 1、电源设备无法供给通信设备所要求的标称电源， 2、电源设备所供给的电源指标达不到通信设备的要求。
12.直流工作地的线径由负载设备决定13.整流模块输入交流电，输出直流电14. 目前，通信电源电压等级主要有-48 V 、24 V 两种。
15.在通信电源监控中，四遥功能指：遥控、遥调、遥测、遥信。
16.对通讯局(站)动力系统，常用后备电源有柴油发电机组、蓄电池组、两种。
17.通信基站接地电阻应小于 4 欧姆。
18.分流器/霍尔器件是用于在线检测电流。
19.为了提高通信电源的安全运行稳定性，通信电源的机壳一般要有良好接地。
20.三相交流电 A、B、C 相分别用黄、绿、红三种颜色表示相序，零线一般用黑色做标记。
为了便于维护，直流电源的汇流排通常涂以色标，正极母排涂红色，负极母排涂 兰 色。
21.现代通信电源运行时，零线与保护地之间的电压的测量值一般应小于 2 V 。
开关电源磁性元件理论及设计
目录分析
该部分简要介绍了开关电源磁性元件的基本概念、发展历程以及研究意义。 通过对开关电源市场的概述，突出了磁性元件在其中的重要地位，为后续章节的 学习奠定了基础。
目录分析
这部分详细介绍了与磁性元件相关的基本概念和理论。首先对磁性材料的特 性进行了概述，包括磁导率、磁饱和等概念。随后深入阐述了磁场、电感等基本 物理量，为后续章节的理论分析提供了支撑。
阅读感受
我要感谢这本书的作者以及商，为我们带来了这样一本宝贵的书籍。这本书 不仅是一本理论和实践相结合的教材，更是一部深入浅出、系统全面的参考书。 我坚信，无论是初学者还是专业人士，都能从中受益匪浅。
目录分析
目录分析
在现代电力电子技术中，开关电源以其高效、节能的特点被广泛应用。而作 为开关电源核心部件的磁性元件，其理论及设计的重要性不言而喻。本书将对 《开关电源磁性元件理论及设计》这本书的目录进行深入分析，以揭示其知识体 系和结构。
开关电源磁性元件理论及设计
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
元件
深入
电源
电源
这些
设计
可以
论及
开关
磁性 开关
实践
设计
理解
探讨
读者
理论
提供
指导
内容摘要
内容摘要
《开关电源磁性元件理论及设计》是一本深入探讨开关电源磁性元件理论和实践的书籍。这本书 为读者提供了关于磁性元件在开关电源中应用的全面的理解和指导，无论是在理论上还是在设计 实践上。 这本书详细介绍了磁性元件的基本理论，包括电磁学的基本原理，磁性材料的性质，以及磁性元 件在开关电源中的工作原理。通过这些基本概念的阐述，读者可以建立起对磁性元件的深入理解， 从而更好地理解其在开关电源中的作用。 这本书深入探讨了磁性元件的设计和优化。这部分内容涵盖了从磁性元件的参数选择，到设计过 程的每一步，再到最后的优化过程。无论是选择合适的磁性材料，还是确定元件的尺寸和形状， 都有详尽的解释和指导。书中还提供了多种设计实例，让读者可以更直观地理解这些理论和方法 的应用。
20170415-开关电源中的磁元件基础知识(一)
开关电源中的磁元件基础知识(一)普高（杭州）科技开发有限公司张兴柱博士一：磁学基本定律图1：通电线圈周围所产生的磁场示意图在电磁学中，我们知道通有电流的导线或线圈周围会产生磁场，图1是通电线圈周围所产生的磁场示意图。
当线圈中的电流为直流电流时，所产生的磁场是直流磁场；当线圈中的电流是交流电流时，所产生的磁场是交流磁场。
图中的磁场用带方向的磁力线（磁通）表示，磁力线的方向可用右手定则判断（握住右手，四指对住电流的方向，大拇指的方向即为磁通的方向），另外要注意的就是磁力线的闭合性，这是磁场的一个重要特性。
m图2：环形铁芯中的磁场既然磁场是有电流产生的，那么磁场与电流之间究竟满足什么样的关系呢？对于图2所示的环形铁芯，假定其导磁率非常大，由线圈电流所产生的磁场均匀地分布在铁芯之内，那么在铁芯中所产生的磁场满足安倍环路定律（简称安倍定律），其数学表达式为：l tH m=（1）)(tni)(公式右边是线圈中的电流和线圈的匝数乘积，也叫线圈的安匝数，公式的左边是铁芯的磁场强度和铁芯的平均磁路长度乘积。
从公式（1）可知，当线圈的安匝数已知时，由该安匝数在铁芯中所产生的磁场强度为： ml t ni t H )()(= （2） 安倍定律告诉我们磁场产生的根本原因是电流，只要在线圈中通有电流，在线圈的周围就会有磁场，当线圈绕在一个导磁材料上时，因为导磁材料的导磁率非常高，所以由电流产生的磁场就主要集中在导磁材料内，为了简化分析，通常还把导磁材料内的磁场看成是均匀分布的磁场，下面要介绍的一些磁学定律都是建立在均匀分布磁场这一假定之上的。
一旦在铁芯中产生了磁场)(t H 后，铁芯中就会产生磁通)(t Φ，磁学中将单位面积通过的磁通定义为磁感应强度（或磁通密度，该定义也可用图3表示），如下式： cA t tB )()(Φ= （3）(Φ(B 总磁通磁通密度cA图3： 磁感应强度的定义 其中：c A 为铁芯的截面积。
对于导磁材料来讲，其磁感应强度和磁场强度存在着下列关系：)()(t H t B µ= （4）其中：o r µµµ=，o µ为真空的导磁率，meter Henries o /1047−⋅=πµ，为一常数；r µ为相对导磁率，6310~10=r µ，与导磁材料的组成有关，不是常数，详见后续介绍。
电源效率讨论系列二：磁性元件的损耗
电源中的磁性元件一般就是指电感与变压器，这里我们这种讨论初次级隔离的变压器，因为这种变压器在开关电源中应用最为广泛。
变压器的作用大致是提供初次级的电气隔离，使输出电压或升或降，传送能量；变压器设计的好坏直接关系到整个电源系统的安规，EMC，效率，温升，输出的电气性能参数，寿命，可靠性，甚至会导致系统的崩溃。
个人感觉变压器的工艺，是个大难题。
特别是漏感和分布电容的不兼容。
楼主能否讲讲升压变压器有何注意的地方。
升压的做过，但经验不多，说说个人的理解，不一定对，权作参考与讨论之用。
升压变压器的难点，楼上已经指出来了，因为绕组的圈数太多，漏感与分布电容很难两全其美；这个时候我觉得应该从以下几个方面着手：1、在选择变压器的时候，如果结构尺寸允许的话，我们尽量选择高长型（立式）或窄长（卧式）型的，因为这种变压器单层绕线圈数多，可以有效降低绕线的层数，增加初次级的耦合，减小层间电容。
2、优化绕线顺序，使初次级能增减耦合面积；曾经用过这种绕法：1/3次级--1/2初级--1/3次级--1/2初级--1/3次级，结果表明此种绕法漏感可以小很多。
当然这种变压器绕制工艺稍显复杂，成本稍高，但还是可以接受。
3、层间电容大家都知道，每层之间加黄胶带，便可减少层间电容。
当然这些措施都是在考虑安规与EMC的情况下，做出的改进；对于升压电源，漏感与层间电容如果处理不好很容易引起振荡，使电源的EMC不好过，效率不高，有时会莫名其妙的炸MOS管（我实际碰到过的情况）。
关于第一条：增加初次级的耦合，可以减小变压器的漏感，但会增加初次级间的分布电容。
老兄最后一句话，太对了。
升压变压器，最难搞的就是漏感和分布电容不好处理，很容易震荡。
兄弟第一条说得很对，如果升压比比较大，应该分槽绕制，这个是减低分布电容的最好办法，大家看一看电视机中的高压包就知道了，黑白电视机输入电压12V，高压应该是在12000左右，没有用倍压整流，一级搞定。
次级估计分槽在十个左右。
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
磁性开关常见问题
对触点表面进行特殊处理， 如镀金或镀银，提高耐腐 蚀性和接触可靠性。
案例三：改进线圈设计，提高工作稳定性
解决方案
采用高性能磁性材料制作线圈骨 架，提高磁导率和饱和磁感应强 度，增强磁场稳定性。
问题描述：线圈是磁性开关的重 要组成部分，其设计直接影响开 关的性能和稳定性。
优化磁路设计，减少漏磁和磁阻，提高 磁场利用效率。
解决方案
采用高导磁材料制作磁芯，增强开关的 磁场感应能力，降低外部磁场干扰。
案例二：优化触点材料，延长使用寿命
问题描述：触点材料的选 择直接影响磁性开关的电 气性能和机械寿命。
解决方案
选择具有高导电性、低接触 电阻和良好耐磨性的触点材 料，如银合金或铜合金。
湿环境对开关的影响。
如果等，确保开关的正常工作。
05 案例分析：解决实际应用 中遇到的问题
案例一：提高磁性开关抗干扰能力
问题描述：在某些应用环境中，磁性开 关可能会受到外部磁场的干扰，导致误 动作或性能下降。
增加屏蔽措施，如使用磁屏蔽罩或磁屏 蔽板，减少外部磁场对开关的影响。
技能提升
通过实践操作和案例分析，学员掌握了磁性开关的选型、 安装、调试等技能，提高了解决实际问题的能力。
学习感悟
学员认为本次课程内容丰富、实用性强，教师讲解清晰、 生动，对磁性开关技术产生了浓厚的兴趣，并表示将继续 深入学习相关知识。
对未来磁性开关技术发展趋势的预测
01
智能化发展
随着物联网、人工智能等技术的不断发展，未来磁性开关将更加智能化，
如果发现触点磨损严重或接触不良，应及时更 换触点，避免因此导致开关失效或引发其他故 障。
磁性开关常见问题
0 磁性开关注意事项 3
NNT磁性开关使用过程注意事项
•
1）从安全考虑，磁性开关的间距应比最大磁滞距离大 3mm。
2）NNT磁性开关;不得装在强磁场设备旁（如电焊设 备等）。
3）两个以上磁性开关平行使用时，为防止磁性体移 动而导致精度有偏差，两缸筒间距离在正常情况下应大于 40mm。
4）每周需要查看安装位置是否出现偏移。在设定方 位活塞停止时需要对双色型开关进行检查，绿灯亮时为正 确，红灯亮时则说明出现偏移了。
4 磁性开关维护保养
磁性开关如果维护不得当，那么就削减产品的寿数， 严重的话发生故障所带来的安全隐患也是不行小觑的， 那么如何维护好磁性开关呢？
由沃纳智能小编为大家简单介绍下 NNT磁性开关常见的问题与使用维护保养的心得，希 望对您有所帮助。
0 磁性开关的作用 1
• NNT磁性开关是用来检测气缸活塞位置的,即检测活塞的运动 行程。使用磁性开
温馨小提示 磁性开关可以分为有触点式和无触点式两种。SMC
D-系列磁性开关，中无记号或为A、B、C、E、Z者为有触 点式，中为F、G、H、J、K、M、P、Y者为无触点式。有 触点式无漏电流存在。无触点式磁性开关因为无可动件， 寿命是半永久的，但有漏电流存在。SMC磁性开关还可以
• 关可以反馈气缸活塞杆伸出的位置,利用此反馈信号可以控制 其他的元件的动
• 作；也可以控制气缸的行程。
• 例如:气缸全行程为100,可以将 • 行程调整为80；装多个磁性开关 • 还可以实现气缸在多点停止。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0 磁性开关检测方法 2
•
NNT磁性开关检测方法
（1）电压和电流应避免超出使用范围。 （2）严禁磁性开关与电源直接接通,必须同负 载（如继电器等）串联使用。
开关电源10、磁性材料和磁路及磁路基本定律讲解
磁性材料
磁性材料(Magnetic materials)有个磁饱和问题。如果磁路饱和， 会导致变压器电量传递畸变，使得电感器电感量减小等。
对于电源来说，有效电感量的减小，电源输出纹波将增加， 并且通过开关管的峰值电流将增加。这样可能使得开关管的工作 点超出安全工作区，从而造成开关管寿命的缩短或损坏。
简单的说就是两个问题：
1.饱和——引起电感量减小
2.居里温度——磁导率减小
磁性材料
开关电源技术—— tqzheng@
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磁滞回线
磁性材料
B Magnetic Flux Density（磁感强度） Bs Saturation Flux Density（饱和磁感强度） Br Remanence（剩磁） H magnetic Field Strength（磁场强度） Hc Coercive Force（矫顽力） i Initial Permeability（初始磁导率） a(max) Maximum Amplitude Permeability
磁性材料
开关电源技术—— tqzheng@
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磁性材料
磁性材料的划分(classifications)
B=0 的磁场强度(magnetic field strength)称为矫顽力Hc (coercive force). 矫顽力是划分软磁, 永磁, 半硬磁材料的一个依 据.
磁性材料
磁性材料
开关电源技术—— tqzheng@
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磁性材料
软磁性材料(magnetically soft material)
1. 电磁纯铁
含碳量在0.04%以下, Bs大, Hc小, r可达13000以上. 电阻率小, 一般用于
直流磁芯或磁屏蔽设施.
20170416-开关电源中的磁元件基础知识(二)
开关电源中的磁元件基础知识(二)普高（杭州）科技开发有限公司张兴柱博士磁性材料特性：)()(tHtBµ=（1）任何导磁材料，其磁通密度与磁场强度之间满足方程（1）的关系，仅从关系看，随着磁场强度的增加，其磁通密度也将增加，但对于一个实际的导磁材料，这个关系并不是一个线性关系，而可用图1所示的曲线来表示。
H图1：导磁材料的BH曲线导磁材料的BH曲线对称于原点，由于多数导磁材料的导磁率很高，所以图1绘制的BH曲线偏向于B轴，从图1的BH曲线可知，当在BH曲线的非饱和段内，用一个很小的磁场H就可以获得一个很大的磁通密度B，进而获得一个大的磁通Φ，这也正是研究导磁材料的目的，但从曲线中还发现，当外加磁场加到一定值后，其磁通密度就基本不变了，这一不变的磁通密度反映了磁性材料有一种特殊的现象---磁饱和，不同的导磁材料，其饱和的磁通密度会有很大的区别。
如硅钢片材料，其最大饱和磁密在20000Gass左右，铁粉芯材料，其最大饱和磁密在10000Gass左右，而铁氧体材料，其最大饱和磁密只有4000Gass左右。
导磁材料为什么在外部磁场增加到一定值时，其磁通或磁通密度就会饱和呢？这个问题的解释在电磁学原理中已有详细的介绍，下面再将这一解释简要地介绍给读者作一回顾。
图2N极和S极的==satH<satB<（a）（b）satHsatB=（c）图2：导磁材料在第一次磁化时的内部磁极子排列极小磁性，这个导磁材料在第一次加外部磁场前，其内部磁极子的N-S方向完全随机，对外不呈现磁场，所以有B=0，如图2（a）所示，这一点对应了图1 B-H曲线中的原点；此后如给上述导磁材料外加一个磁场H（也称磁化或励磁），则导磁材料内部的部分磁极子方向会趋向于和外部磁场相同的方向，外部磁场加得越大，就会有越多的磁极子方向与外部磁场H的方向相同，其对外呈现的磁通密度B也就越大，图2（b）是外部磁场还不是很大时的导磁材料中的磁极子排列；当外部磁场继续加大，直到导磁材料内部的所有磁极子方向均和外部磁场方向相同时，磁性对外呈现的磁通密度B为最大，此后即使继续增加外部磁场，磁性对外呈现的磁通密度B也不会再有变化，这就是导磁材料饱和现象的物理解释，磁性饱和时，其内部中的磁极子排列如图2（c）所示。
开关电源中高频磁性元件设计常见错误概念辨析
開關電源中高頻磁性元件設計常見 錯誤概念辨析
很多文獻及相關技術資料給出的磁性元件設計方法或公式往往直 接忽略了某些設計變數的影響，作了假設簡化後得出一套公式；或 者並未交代清楚公式的應用條件，甚至有些文獻所傳達的資訊本身 就不正確。很多電源設計者並沒有意識到這一點，直接套用設計手 冊中的公式，或把設計手冊中某些話斷章取義，尊爲“設計綱領”， 而沒有進行透徹的分析和思考，以及實驗的驗證。其結果往往是設 計出來的高頻磁性元件不能滿足應用場合的要求，影響了研發的進 度和專案的按期完成。
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爲了使電源設計者在設計過程中，避免犯同樣的錯誤，爲此，我 們針對在學習和研發中遇到的一些概念性的問題進行了總結，希望 能給大家提供一個借鑒。
二﹒ 一些錯誤概念的辨析
這裏以小標題形式給出開關電源高頻磁性元件設計中8種常見的 錯誤概念，並加以詳細的辨析。
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正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己
開關電源中高頻磁性元件設計常見 錯誤概念辨析
真正與電路有關係的是變壓器的短路諧振頻率。一般情況下，變壓器 的短路諧振頻率都應當在開關頻率的兩個數量級以上。
三﹒ 結語
爲了使電源設計者在電源設計過程中，少犯同樣的錯誤，就我們在開 關電源的研發中遇到的一些與高頻磁性元件設計相關的概念性問題進行 了總結，希望能起到抛磚引玉的作用。
正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己
開關電源中高頻磁性元件 設計常見錯誤概念辨析
資料整理﹕BE助別人 成就自己
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開關電源中高頻磁性元件設計常見 錯誤概念辨析
摘要：很多電源工程師對開關電源中高頻磁性元件的設計存在 錯誤的概念，其設計出來的高頻磁性元件不能滿足應用場合的要求， 影響了研發的進度和專案的按期完成。基於開關電源及高頻磁性元 件設計經驗，對一些概念性錯誤進行了辨析，希望能給大家提供借 鑒，順利完成高頻磁性元件的設計以及整個專案的研製。
(整理)开关电源中磁性元器件磁元件思考题
磁性元器件思考题1. 有一根导线直径d ＝1cm ，置于空气中，流过电流5安培，请问在垂直于导线的平面上，距离导线中心5cm 圆周上，磁场强度H =？B =?（分别用MKS 和CGS 表示）？标出磁场强度方向。
以导线中心为圆心的直径0.5cm 处磁场强度H=?2. 环尺寸如题图2(b)，左边线圈流入2A 电流，右边线圈流入1A电流（题图2(a)），磁导率μr =1000。
请问磁芯中磁场强度H =?,磁感应强度B=?3. 题图1与导线同心放置一个磁导率μr =1000的磁环。
环的内径d =4cm,外径D =6cm,高h =1cm 。
请问磁芯中H ＝? B =? φ=?(分别用MKS 和CGS 单位表示)4. 有一个磁环如题图2(b)，不知道其磁导率是多少。
磁环尺寸内径d =4cm,外径D =6cm, 高h =1cm 。
在环上绕了20匝线圈，测量得到电感量为10μH ，请求出磁环材料的相对磁导率和绝对磁导率。
在CGS 中磁导率是多少？如果给20匝线圈流过0.5A电流，线圈的总磁链是多少？5. 一个磁环的相对磁导率为3000,外径、内径和高分别为38.1mm 、25.4mm 和19.05mm 。
求40匝线圈的电感量。
6. 证明一个气隙磁芯电感的气隙长度δ与磁路长度l c 之比为 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=c c c H l NiB l 0μδ 7. 一个变压器上有3个线圈，测得一个变压器上两个线圈的电感分别为L 1=0.2mH 、L 2=50μH ，L 3=2μH 。
L 3的匝数为3匝,请问L 1 、L 2 的匝数为多少？将L 1与L 2串联测量总电感，L 1再颠倒一次与L 2串联测量一次，分别测得电感量为435μH 和50μH,请问两个线圈之间的互感M ＝？耦合系数k =?8. 能否列举两种以上判断同名端的方法。
请说出判断方法的原理。
9. 请证明两个耦合线圈并联等效电感公式（2-17）。
10. 如果一个变压器不知道初级和次级匝数。
电工学思考题及答案
电工学思考题及答案电工学思考题及答案第5章变压器5.1 磁路1、磁路的结构一定，磁路的磁阻是否一定，即磁路的磁阻是否是线性？答：磁阻=铁心+空气隙，由于磁性材料的磁导率u不是常数,B与H 不是正比关系,因此,磁路的结构(即尺寸、形状、和材料)一定时,磁路的磁阻并非一定,即磁路的磁阻是非线性的。
2、恒定直流电流通过电路时会在电阻中产生功率消耗，恒定磁通通过磁路时会不会产生功率耗损？答：不会，电流通过电阻会产生热损失5.2 电磁铁1、直流电磁铁在衔铁吸合前后，电磁吸力的大小是不同的。
2、衔铁吸合前后电流不会变化，磁通不会变，在吸合前，有空气隙的存在，磁路磁阻会大，吸合后，空气隙消失，磁路磁阻小。
3、电流在通过线圈时，除了产生主磁通外，还会产生少量的漏磁通4、交流铁心线圈电路的视在功率、无功功率、有功功率与电压、电流的关系与一般交流电路相同。
5、有功功率=铜损耗+铁损耗1、额定电压一定的交流电磁铁，如果加上大小相同的直流电压会有什么后果？交流电压产生感应电动势,大部分电压被感应电动势所平衡,漏阻抗上电压很小,因此励磁电流小.若加直流电压,不会产生感应电动势, 全部电压落在电阻(比较小)身上,电流很大,将烧毁.2、绕在闭合铁心上的交流铁心线圈,电压的有效值不变,而将铁心的平均长度增加一倍,请问铁心中主磁通最大值Φm如何变化?如果是直流铁心线圈，铁心中的主磁通Φ是否变化？答：1、Φm=U/4.44 f N 电流不变，Φm不变2、直流铁心线圈，磁路(铁心)的长度增加一倍，在相同的磁通势作用下，由于磁阻增加了，主磁通就要减小。
3、两个匝数相同的铁心线圈，分别接到电压值相等而频率不同f1>f2的两个交流电源上时，试分析两个线圈中的主磁通Φ1m和Φ2m的相对大小（忽略线圈的漏阻抗）Φm=U/4.44 f N 所以Φ1m<Φ2m4、交流电磁铁通电后，若衔铁长期被卡住而不能吸合，会引起什么后果？衔铁不吸合会发出翁翁响的噪音，有可能会导致主触头不通电，导致线圈发热，长时间运行会烧毁线圈5.3变压器的工作原理负载直接接电源时，阻抗模为1 ZL 1；通过变压器接电源时，相当于将阻抗模增加到1 ZL 1的K平方倍。
5 开关电源中的磁元件 (1)
磁场强度和磁感应强度的关系 曲线图，就称为磁化曲线。
第四章 开关电源中的磁元件
磁性材料的概述
(1)磁性材料的磁化过程
B J 0 H
式中J为磁化强度；μ0 为真空磁导率；B磁感 应强度；H磁场强度。 磁化曲线膝部；磁化曲线饱和段
电源技术
第四章 开关电源中的磁元件
磁性材料的概述
电源技术
第四章 开关电源中的磁元件
磁性材料的概述
磁元件设计的意义
磁元件是开关电源电路必不可少的元件，但是因为它 涉及的参数太多。根据不同的参数要求，就有不同的 组合，更有不计其数种规格，所以没有现成品可以使 用。绝大多数磁元件都要自行设计，或提供参数委托 外面专业部门设计加工。
电源技术
第四章 开关电源中的磁元件
Ll 7 r 10 4 N 2 Ae
电源技术
第四章 开关电源中的磁元件
磁性材料的概述
磁性材料的基本特征
(3)磁饱和感应强度BS。 (4)剩余磁感应强度Br。
(5)矫顽力HC
(6)温度系数
电源技术
第四章 开关电源中的磁元件
磁性材料的概述
磁性材料的基本特征
(7)居里温度TC
19世纪末，著名物理学家皮埃尔· 居里(居里夫人的丈夫)在自己的 实验室里发现磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到一定温度 时，原来的磁性就会消失。后来，人们把这个温度叫"居里点"
磁性材料的概述 高频变压器
电源技术
第四章 开关电源中的磁元件
磁性材料的概述 高频变压器磁芯
电源技术
第四章 开关电源中的磁元件
磁性材料的概述 电感器
电源技术
第四章 开关电源中的磁元件
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磁性元器件思考题1. 有一根导线直径d ＝1cm ，置于空气中，流过电流5安培，请问在垂直于导线的平面上，距离导线中心5cm 圆周上，磁场强度H =？B =?（分别用MKS 和CGS 表示）？标出磁场强度方向。
以导线中心为圆心的直径0.5cm 处磁场强度H=?2. 环尺寸如题图2(b)，左边线圈流入2A 电流，右边线圈流入1A电流（题图2(a)），磁导率μr =1000。
请问磁芯中磁场强度H =?,磁感应强度B=?3. 题图1与导线同心放置一个磁导率μr =1000的磁环。
环的内径d =4cm,外径D =6cm,高h =1cm 。
请问磁芯中H ＝? B =? φ=?(分别用MKS 和CGS 单位表示)4. 有一个磁环如题图2(b)，不知道其磁导率是多少。
磁环尺寸内径d =4cm,外径D =6cm, 高h =1cm 。
在环上绕了20匝线圈，测量得到电感量为10μH ，请求出磁环材料的相对磁导率和绝对磁导率。
在CGS 中磁导率是多少？如果给20匝线圈流过0.5A电流，线圈的总磁链是多少？5. 一个磁环的相对磁导率为3000,外径、内径和高分别为38.1mm 、25.4mm 和19.05mm 。
求40匝线圈的电感量。
6. 证明一个气隙磁芯电感的气隙长度δ与磁路长度l c 之比为 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=c c c H l NiB l 0μδ 7. 一个变压器上有3个线圈，测得一个变压器上两个线圈的电感分别为L 1=0.2mH 、L 2=50μH ，L 3=2μH 。
L 3的匝数为3匝,请问L 1 、L 2 的匝数为多少？将L 1与L 2串联测量总电感，L 1再颠倒一次与L 2串联测量一次，分别测得电感量为435μH 和50μH,请问两个线圈之间的互感M ＝？耦合系数k =?8. 能否列举两种以上判断同名端的方法。
请说出判断方法的原理。
9. 请证明两个耦合线圈并联等效电感公式（2-17）。
10. 如果一个变压器不知道初级和次级匝数。
有人想法在变压器线圈上增绕了5匝线圈，他通过测量就知道初级和次级匝数和同名端。
你能想像他是如何测量的？说出他可能用那些方法测量？说出每种测量原理？11. 一个工频变压器变比n =5，初级电压为220V ，次级直接接到一个电阻负载，次级电流I 2＝10A 。
初级电流为2.05A 。
如果忽略导线电阻，请问变压器的激磁电流I m =?激磁电感L m ＝？12. 什么是漏感？如何测试线圈之间的漏感？13. 给一个50μH 电感加宽度为10μs ，幅度为50V 的脉冲，电感初始电流为零。
问脉冲终了时电感电流多大？电感中此时存储多少能量？14. 为何大多数电感磁芯一定要开气隙？15. 磁路和电路有何不同？16. 有一电感磁路如题图16所示。
磁芯相对磁导率μr ＝2000,线圈共20匝，气隙δ＝1mm ，如忽略边缘磁通，请画出等效磁路图。
计算磁芯和气隙磁阻。
当线圈通过1A 电流，分别计算磁芯和气隙中磁通和磁场强度。
计算20匝线圈电感量。
题图2(a)题图2(b)尺寸为cm题图1617.如果上题考虑气隙的边缘磁通，电感量是多少？如果仍达到上题计算的电感量，气隙应当多大？18.对于题图16磁芯，线圈集中绕。
集中线圈相对于气隙放置在何处散磁最小？19.磁芯型号ETD39，磁芯初始磁导率μi＝1500，如果绕有20匝线圈，电感量是多少？如果中柱开一个2mm气隙，请按经验公式计算气隙磁阻和电感量。
20.磁芯型号为EE33,材质为3C90时其A L＝130nH，绕15匝线圈时，电感量是多少？如果中柱垫一个1mm气隙，这时电感量是多少？21.*有一螺管空心线圈，长5cm，外径D=3cm，内径d=1.2cm,请计算电感量。
22.*请计算一根直径2mm,长40cm的电感。
如果在0.1μs内电流上升到10A，这根导线上多大电压降。
23.软磁材料有那些种类，各应用在什么场合，不同的应用场合，对材质要求哪些磁性能参数？24.合金做成磁芯为何用叠片？什么是叠片系数？叠片之间为何绝缘？25.什么是软磁？磁材料的主要参数有哪些？26.什么是集肤效应？与哪些因素有关？硅钢片电阻率ρ=47×10-8Ωm,磁导率μr=3×105。
求400Hz时集肤深度是多少？27.磁粉芯材料有什么特点？主要应用在什么场合？28.铁氧体损耗与哪些因素有关？29.什么是初始磁导率？什么是有效磁导率？30.铁氧体有哪些类型？各应用于什么场合？开关电源中应用在功率电路中铁氧体材质主要关心哪些参数？结构参数哪些？31.开关电源中，电流连续模式对滤波电感磁芯有什么要求？为什么？在逆变电源中交流滤波电感磁芯有什么要求？两者有何异同？32.连续模式反激变压器与连续模式直流滤波电感线圈和磁芯工作状态有何异同？33.对正激变压器磁芯有何要求？断续模式反激变压器和脉冲变压器磁芯有何要求？34.逆变输出变压器磁芯有何要求？什么叫磁偏移？电路中如何处理？35.用于高频饱和电抗器磁芯的材料应具有什么样特性参数？36.为什么矩形磁滞回线材料可抑制反向恢复电流？说明工作原理。
指出设计方法。
37.同一个线圈在30℃时测得电阻为5.2Ω,通电流1小时后，断电并立即测得电阻为6Ω,线圈温度是多少？温升是多少？38.线圈导线直径为0.5mm，当流过电流频率分别为5kHz，50kHz和500kHz，计算交流电阻比直流电阻增加的倍数。
39.如果电流频率为200kHz，导线直径为0.5mm，电线长度不变，直径增加到1mm，这时交流电阻是增大了还是减少了？变化多少倍？40.写出铜导线20℃和100℃集肤深度与频率关系。
记住铜的100℃时电阻率及温度系数。
41.变压器漏感与线圈结构哪些参数有关？平面变压器线圈能否像普通变压器线圈一样绕制（初级与次级在窗口高度方向排列）？42.题图40中线圈布置哪种漏感小，哪几种最大？(d)(a) (e)初级次级磁芯题图4043.高频变压器线圈分段交错绕除了减少漏感以外，还有什么重要作用？44.考虑到集肤效应，高频变压器线圈电流较大时采用小于两倍集肤深度多股线，是否就一定能减少交流电阻？为什么？45.如果单股圆导线截面为1.094mm2,用总面积等于1.094mm2的8股绞线（Litz）代替,20kHz时，交流电阻各为多少？46.高频大电流时，有时需要线圈并联，并联的基本原则是什么？低频并联原则是什么？47.什么是被动损耗？怎样减少被动损耗？48.磁性元器件设计的出发点是什么？49.国际电工学会将绝缘分成几个等级？温度超过最高允许温度，绝缘寿命影响如何？50.磁性元器件允许温升受哪些因素限制？什么是磁元件的环境温度，最高温度和平均温度？51.磁元件的温度与哪些因素有关？52.如果变压器整个外表面积30cm2,变压器损耗功率为1W，求变压器的温升。
53.一个EE65磁芯，损耗功率为3W，环境温度为35℃,求变压器的线圈温度。
54.什么是电流密度？它的选取与哪些因素有关？55.反激变压器初级和次级电流波形如题图55所示，在小功率开关电源中，自然冷却电流密度j=4A/mm2。
T on=16μs, T of=24μs, I a1=5A,I a2=25,计算需要的导线截面积。
56.设计高频变压器，怎样选择磁芯的磁感应大小？正激与推挽有何不同？57.断续模式反激变压器与正激变压器磁芯有何异同？为何根据频率和允许损耗选取得磁感应要乘以2？58.说明正激，推挽，桥式，半桥变压器，饱和电抗器，直流滤波电感，反激连续模式变压器和断续模式变压器等，选择以下合适磁化曲线用作磁芯材料。
题图52(a) (b) (c)题图5559. 输出滤波电感设计时，磁感应B 受什么限制？电感损耗主要是什么损耗？60. 反激断续模式变压器如何选择磁芯材质？磁感应B 如何选择？61. 小功率变压器厂采用EC 、ETD 、PM 和RM 型，大功率很少使用罐型（P ），大功率常用EE 型，而高压常用U 型，为什么？62. 什么是面积乘积法？使用时应注意哪些问题？63. 在元件设计时，一般根据总体设计规定了允许损耗，书中称绝对损耗，但根据AP 选择了磁芯尺寸，由温升得到该磁芯尺寸的允许损耗，与绝对损耗比较，设计时为何它们中的较小值？64. 在变压器设计过程中，磁感应值经过3次迭代，为何？65. 在电感设计时，匝数决定之后计算出需要的气隙尺寸。
但在实际生产电感时，发现如果按照设计给出的气隙电感量比要求的大。
这时，你是减少线圈匝数得到需要的电感量，还是加大气隙得到需要的电感量？ 66. 根据3章磁路分析可以看到，当线圈集中绕，并放置在气隙上这时散磁通最小。
但是我们发现一个实际产品中，滤波电感到中柱分成3个相等气隙（图（a ））,而另一个则在线圈骨架上位于气隙处置一塑料环（图（b ），你能说出两者的目的是什么？ 67. 电流互感器次级为什么不能开路？而变压器为何次级不能短路？ 68. 电流互感器的磁芯尺寸如题图（b ），初级电流脉冲频率为100kHz ，最大电流10A ，脉冲宽度4.5μs 。
初级1匝，次级50匝，如果次级检测电阻10Ω,磁芯材质为铁氧体3F3, 磁芯磁导率μi =1800,请问检测精度是多少？求磁芯中的磁通密度。
如果希望更高的检测电压，常温下，次级最大可以接多大检测电阻？如果不考虑检测精度，在常温下，检测电阻10Ω,可以检测最大脉冲宽度是多少？69. 脉冲电流检测有题图66几种接法，你认为哪种比较好？70. 希望既能检测交流50Hz ，也能检测60Hz 电流，可以测量200A 和50A ，输出100mV,幅值精度为1.5%。
设计此电流互感器。
71. 饱和电抗器在空载、满载时，磁芯损耗和线圈损耗哪个大？72. 饱和电抗器对所用的磁芯有什么要求？73. 请说明尖峰抑制器原理。
如果一个二极管正向峰值电流10A ，导通时间5μs ，其反向恢复时间t rr =50ns,反向电压50V ，请设计尖峰抑制器。
1N41481N4148i U i U iΩ(a) (b) (c)i iΩΩ(d) (e)题图66。