(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 Ni
B 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16
17.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40
43.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55
59. 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。

1N4148
1N4148
i U i U i
Ω
(a) (b) (c)
i i
ΩΩ
(d) (e)
题图66。