气隙磁芯电感(赵修科)

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气息电感

非线性磁芯电感
非均匀磁芯Leabharlann 隙电感斜坡气隙－类似磁粉芯特性阶梯气隙－可设定特性例如气隙宽度1/5,最小的气隙为δ/20, 可以获得
L/L0 5 4 3 2 1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 I/Io
δ/20
δ
δ
气隙的边缘磁通
磁没有绝缘，空气隙周围空间也是磁路的一部分－边缘磁通。气隙越大，边缘磁通范围越大。边缘磁通与气隙磁通并联，在线圈包围的磁芯中磁通增加，总磁链增加，电感加大。
线圈塑料环骨架
分割气隙
将一个气隙分成几个气隙, 边缘磁通范围大大缩小。中柱边柱都有气隙
减少边缘磁通的措施（续）
气隙用低磁导率磁粉芯代替
磁粉芯
采用较大截面积的磁芯，较小的气隙电感。
µ0 Ae L=N δ
2
LI N= Ae B
反激变压器大电流铜箔远离气隙，让多股线靠近气隙。
µ0 µ r
Bc
lc +
Bδ
µ0
δ
µ rδ
lc
也可以写成：
NI =
µ0 µe
Bclc
= lc ( H c + H c
)
可见将磁化曲线线性化了。
气隙磁芯等效磁导率
把气隙磁芯看成整个磁系统的磁导率 Bc Bδ Bc lc Bc lc µ rδ NI = lc + (1 + )= δ= lc µ0 µr µ0 µ0 µr µ0 µe
维持电感量措施
边缘磁通相当于气隙等效面积Aδ增加，电感加大：
µ0 Aδ L= =N I δ ψ
2
所有磁通通过磁芯，磁芯截面没有变，磁感应增加。维持L不变，只有增加气隙δ。如果减少匝数，将增加B，可能引起饱和和损耗大。

开关电源中电感气隙的设计与研究

开关电源中电感气隙的设计与研究摘要：开关电源中的电感器扮演着电压平滑和电流波形整形的重要角色。

为了提高电感器的效率和性能，电感气隙的设计非常重要。

本文将探讨电感气隙的设计与研究，并分析其对开关电源的影响。

1.引言开关电源是一种将输入直流电转换为输出脉冲电流的电子设备。

在开关电源中，电感器起着平滑输出电压和滤波电流的作用。

为了提高电感器的效率和性能，需要进行精确而合理的设计。

2.电感气隙的原理电感气隙是指在电感器的铁芯上设置的一段空隙。

电感器通过改变气隙的大小可以改变其感应能力和电感值。

当电感气隙变大时，电感器的电感值和感应能力会降低，而当电感气隙变小时，电感值和感应能力会增加。

因此，通过设计和调整电感气隙的大小，可以控制电感器的性能和工作特性。

3.电感气隙的设计要点（1）气隙长度：气隙长度是电感气隙设计中的重要参数。

气隙长度的选择应根据具体应用需求以及电感器的工作电流和电源电压来确定。

一般来说，气隙长度应尽量小，以避免磁通漏磁引起的能量损耗和磁滞损耗。

（2）气隙形状：气隙的形状也会对电感器的性能产生影响。

一般常见的气隙形状包括直线型、等效长方形型和圆环型。

不同形状的气隙会对电感器的感应能力和频率响应曲线产生不同的影响。

因此，在设计中应根据具体应用需求和设计要求选择合适的气隙形状。

（3）气隙材料：气隙材料的选择也非常重要。

一般来说，气隙材料应具有较高的导磁性和绝缘性能，以提高电感器的效率和可靠性。

常见的气隙材料包括Ni-Zn磁粉、铁氧体和纪录材料等。

4.电感气隙的研究方法（1）实验研究：通过实验手段来研究电感气隙的影响。

可以通过改变气隙的长度和形状，测量电感器的电感值和感应能力，进而分析气隙对电感器性能的影响。

（2）仿真模拟：通过使用电磁学仿真软件，建立电感器的数学模型，模拟电感气隙在不同工作条件下的磁场分布和电感特性。

通过仿真模拟，可以更加直观地分析电感气隙的影响，并进行优化设计。

5.电感气隙的应用案例以开关电源中的输出电感器为例，通过设计合适的气隙，可以提高电感器的效率和性能。

线圈设计

Q 0 . 83 d Fl 0 . 83 1 . 8 1 . 8 / 1 . 92 5 .7 0 . 254
• Q＝5.7、单层，由Dowell曲线查得FR＝5.7, 即交流电阻比直流电阻大5.7倍。前面计算直流分量与交流分量相等，交流电阻比直流大5.7倍，交流损耗太大，不能接受，试试采用d<2 Δ=0.508mm。我们采用 d=0.47mm
Ia
选择电流密度j=4A/mm2，需要的导线截面积
A cu I ac j 10 4 2 . 5 mm
2
Ton
T
根据导线截面积，导线有多种选择：单股圆导线， 2Δ多股线，利兹线和铜带，希望最小的铜损耗。
11
采用单股圆导线，裸线直径d=1.8mm,带漆直径d=1.92mm,90kHz集肤深度Δ＝0.254mm。
16
N11 N21 N22 N12
线圈绝缘：Tmax有7个等级 Y－95℃ ,A－105℃ ,E－120℃ ,B－130℃ ,F－155℃ ,H－180℃ ,C－>180℃
温升： Δ T=Tmax-Ta
温升测量：电阻法或
RH T 1 234 . 5 R C
Fl
Q
d d
h
'
Fl
铜带
Q
带厚D
D
9
层数p Dowell曲线
减少交流电阻方法
• 减少层数：采用分段交错绕。与减少漏感是一致的。 • 采用多股绞线－利兹线。但是多股绞线的单股直径仅小于2 Δ是远远不够的。 • 当采用利兹线或铜带时，一般应当做到FR接近 1.6就可以了。 Dowell曲线是正弦波电流结果，开关电源中非正弦高频电流引起的损耗更大。工程上只是近似计算，最终由温升决定。

反激变压器设计(标准格式)

副边峰值电流：
副边有效值电流：
根据所选线径计算副边电流容量：
自供电绕组线径：由于自供电绕组的电流非常小只有5mA，因此对线径要求并不是很严格，在这里主要考虑为便于与次级更好的耦合及机械强度，因此也采用裸线径为0.35mm的漆包线进行绕置，使其刚好一层绕下，减小与次级之间的漏感，保证短路时使自供电电压降低。
7、计算变压器损耗和温升
变压器的损耗主要由线圈损耗及磁芯损耗两部分组成，下面分别计算：
1）线圈损耗：
原边直流电阻：
为100℃铜的电阻率为2.3×10-6（ ·cm）；为原边绕组的线圈长度，实测为360cm；A为原边0.23mm漆包线的截面积。
原边直流损耗：
原边导线厚度与集肤深度的比值：
d为原边漆包线直径0.23mm，s为导线中心距0.27mm，为集肤深度0.31mm。
根据所选线径计算原边绕组的电流密度：
计算副边绕组导线允许的最大直径（漆包线）：
根据上述计算数据可采用裸线径DIASS=0.72mm的漆包线绕置，但由于在温度100℃、工作频率为60KHz时铜线的集肤深度：，而0.72mm大于了2倍的集肤深度，使铜线的利用率降低，故采用两根0.35mm的漆包线并绕。
《参考文献》
1、《现代高频开关电源实用技术》刘胜利编著电子工业出版社 2001年
2、《开关电源中磁性元器件》赵修科主编南京航空航天大学自动学院2004年
3、《TDK磁材手册》日本TDK公司 2005年
5、计算变压器匝数、有效气隙电感系数及气隙长度。
6、选择绕组线圈线径。
7、计算变压器损耗和温升。
下面就按上述步骤进行变压器的设计。
二、设计过程：
1、电源参数：（有些参数为指标给定，有些参数从资料查得）

1.4.3 磁芯气隙对磁感应强度的影响_绿色照明——新型集成电路工作原理与应用_[共4页]

第1章有关电子镇流器IC 的基础知识15 从而得到 L Δi =N ΔΦ如电流是交变的正弦波，可按符号法分析，电流和磁通以有效值表示，则有N Φ=LI （1-18）已知电感量L 与匝数N 的关系为 L =A L ×N 2代入式（1-18），求出磁芯中的磁通Φ为Φ=LI /N =N 2×A L ×I /N =N ×A L ×I考虑Φ=B ×A e ，由此可得，磁芯中的磁感应强度B 与流过线圈的电流I 和线圈匝数N 之间的关系为B =Φ/A e =N ×A L ×I /A e =LI /(N ×A e ) （1-19）上式中，B 的单位为T （特斯拉），I 的单位为A （安），A e 的单位为m 2，A L 的单位为H（亨）/匝2。

式（1-19）是一个很有用的公式，根据它，可以对已绕制的电感线圈计算磁芯的磁感应强度，以判断磁芯会不会饱和，损耗是否太大，工作是否可靠。

或者根据已知的（允许的）磁感应强度B ，可由式（1-19）求出在一定的线圈工作电流I 下，允许绕制的最大匝数N ，得N =LI /Φ=LI /(B ×A e ) 已知电感量L 和规定的磁感应强度B ，则线圈的匝数和磁芯的有效面积A e 的乘积必须满足以下关系 N ×A e =LI /B （1-20）国外有些公司提供的磁芯数据表或开关电源数据表中会给出磁芯尺寸和在一定线径下的 N ×A e 值，由式（1-20）就可以选用合适的磁芯尺寸和线圈的线径了。

某些公司提供的应用指南资料中就有这样的计算实例。

我国的磁性材料厂家一般都不提供这样的资料，工厂技术人员不容易得到这类资料，所以按式（1-20）来选用磁芯不太现实。

1.4.3 磁芯气隙对磁感应强度的影响磁芯气隙对磁感应强度的影响是一个很重要的问题，如何选择气隙至关重要。

下面不妨通过一个具体例子来作进一步的说明。

变压器气隙

变压器气隙电感是开关电源中重要的元件之一，其合理设计有利于提高电源效率和可靠性。

为防止电感饱和，需要在磁芯中加入气隙。

铁粉芯的气隙均匀分布在磁芯中。

如果采用高导磁材料来绕制电感，传统的做法是采用集中气隙。

为了减少由气隙附近的扩散磁通引起的绕组损耗，绕组布置需避开气隙3个左右的气隙长度。

然而对于较大的气隙，那样做将使磁芯窗口的利用率大大降低，此时可应用多个小气隙来构成分布气隙。

文献[1]提出利用交错气隙以减少旁路磁通，从而减少绕组损耗。

前人的研究成果对电感设计具有指导意义，但对某些方面没有进行详细研究，特别是多气隙中各小气隙之间磁柱的长度对扩散磁通的影响，气隙布置在磁芯拐角附近对扩散磁通的影响，以及分布气隙的个数如何选择等。

近年来，电磁场有限元分析软件得到广泛的应用，分析结果的正确性得到了大量的证实[2]。

本文在前人研究的基础上，利用电磁场有限元软件对上述问题进行详细的研究。

2 气隙在磁芯柱上不同位置对绕组损耗的影响根据文献[1]的分析，在电感中的磁通可分成以下三个部分（如图1所示）：(1)在磁芯中构成回路的主磁通；(2)气隙附近进入磁芯窗口的扩散磁通；(3)穿越磁柱之间窗口内的旁路磁通。

由于主磁通未深入磁芯窗口内，故它不会在绕组上感应出涡流。

扩散磁通则会在气隙附近的绕组上感应出涡流。

旁路磁通穿越磁柱间的磁芯窗口，将在绕组上感应出涡流。

气隙在磁芯柱上的不同位置对磁芯窗口内的扩散磁通和旁路磁通都可能产生影响。

对绕组由漆包线构成的电感，气隙在磁芯柱上不同位置对磁芯窗口内旁路磁通的影响在文献[1]中已有详细分析。

本节主要分析对扩散磁通的影响，并分析气隙在磁芯柱上的位置对铜箔与漆包线绕制的电感所产生的不同影响。

对于高频电感，相对气隙设在磁芯中部，如气隙设在磁芯拐角处，会使此处的扩散磁通更容易深入到磁芯窗口内（如图2(a)、(b)所示），这是因为磁通的分布，与所通过路径的磁阻分布有关。

相对气隙设在磁芯中部，气隙设在拐角处，扩散磁通经过路径的磁阻要比气隙设在磁芯窗口中部要小。

开关变压器磁芯气隙的选取

根据变压器的额定电压选取
总结词
额定电压越高，所需气隙越大。
详细描述
在高压应用中，为了防止磁芯饱和，需要适当增加气隙。气隙的大小应确保在最大工作电压下，磁芯不会进入饱和状态。
根据变压器的额定电流选取
总结词
额定电流越大，所需气隙越小。
详细描述
电流越大，磁芯中的磁通密度越高，为了防止磁芯过热和磁饱和，需要减小气隙以减小励磁电感和磁通密度。
总结词：中等气隙
详细描述：对于100kHz的开关变压器，由于频率有所提高，磁芯的磁通密度相应增大，因此需要选择中等大小的气隙，通常在0.5mm至1mm之间。中等的气隙可以在减小磁阻和提高效率之间取得平衡。
实例三：200kHz开关变压器的气隙选取
总结词：较大气隙
详细描述：对于200kHz及以上的开关变压器，由于频率较高，磁芯的磁通密度较大，因此需要选择较大的气隙，通常在1mm至2mm之间。较大的气隙可以减小磁芯的磁饱和现象，提高变压器的可靠性。
适用范围
适用于研发阶段，对未知气隙值进行探索和优化。
经验法
根据经验数据
适用范围
根据以往的设计经验，对于特定类型的磁芯和用途，选取合适的气隙值。
适用于成熟产品设计和生产过程中，对气隙值的快速选取。
考虑因素
经验法依赖于过往的设计经验和实际运行效果，可能无法适应新的应用场景和变化的工作条件。
04
作用
气隙的主要作用是调节磁通量和磁路磁阻，从而影响变压器的性能。
气隙对开关变压器性能的影响
01
02
03
磁通量调节
通过改变气隙大小，可以调节磁通量的大小，进而影响变压器的输出电压和电流。
磁路磁阻

ACDC组工程师学习流程

AC/DC组工程师学习流程一．基本知识的了解1. 总体环境的介绍由工程师向新的工程师介绍工程部的组织结构和AC/DC组的基本情况和各工程师的分工情况，使其明白自己的责任。

(详见附件一)2. AC/DC组产品分类由多能工或工程师向新的工程师介绍AC/DC组产品的命名方法和分类。

(具体可找工程部文员查看物料编码规则) (详见附件二)3．学习元器件的知识由工程师向新的工程师介绍各种常用元器件如电阻，电容，二极管，MOS管，IC芯片等的分类和识别方法，新的工程师通过工程师的讲解和自己的学习，应对电子组件各个参数的意义和相互关系有所了解，会根据实际条件初步选择合适的电子组件。

(具体可查看开关电源开发手册，电子元器件手册等关于电子组件方面的书籍) (详见附件三)4．工具和仪器的了解由工程师向新的工程师介绍各种常用工具(如烙铁)和测试仪器(如万用表,电源，电子负载，测温仪，示波器，环路测试仪，高低温老化箱等)的使用方法和注意事项。

(详见附件四)5．常用流程的了解对助手的工作流程进行一定的了解，如样品制作，领料，入库，灌封，装配，焊接等。

(详见附件五)二．基本技能的学习1．各种软件的学习(详见附件六)① Microsoft Office能熟练操作office软件来编写文文件和报告，记录测试记录等。

② ERP系统由工程师向新的工程师介绍公司的ERP系统，能熟练使用公司的ERP系统进行物料和BOM表的查询等。

③ Protel99或DXP能熟练使用Protel99或DXP画原理图和布PCB板。

④ Simetrix42会使用Simetrix42等仿真软件画原理图，并仿真电路各点的瞬态波形；⑤ Mathcad会使用Mathcad等数学计算软件计算AC/DC反激和正激电路的各种参数；⑥ Coreldraw9和CAD对Coreldraw9和AutoCAD要有一定的了解，能使用Coreldraw9和AutoCAD画一些简单的图形。

铁氧体是一种半导体

下，双向对称磁化测试结果。该曲线是高频应用选择磁感应摆幅的依据。从以上分析可见，对于使用者来说，磁芯总是工作在高温下，为了减少体积，磁元件设计时，
总是按最高温升选取参数。因此，铁氧体高温性能才是设计者感兴趣的：磁化曲线的高温饱和磁感应，是电感或变压器工作磁感应最大限值；损耗的温度特性限制了磁芯最大工作温度；损耗与频率、磁感应摆幅的关系限制了高频下可选择的磁通密度摆幅。
少磁感应摆幅使磁芯温升不超过允许值。表 4-15 给出不同公司
损耗曲线拟合数据。
0 2 4 6 8 10A/cm
25℃
100℃
图 4-19 铁氧体低频磁滞回线
300 pv
kW/cm3
200
fB (kHz)(mT) 100 100 500 50
图 4-20 是在不同的磁感应摆幅和频率时，比损耗与磁材料温
如果磁芯截面积是不均匀的，通常磁芯有一个最小截面积 Amin，在此截面上磁芯的磁感应强度
为最大。即此磁芯截面不饱和，整个磁芯就不饱和。高频时最小截面损耗最大。
B 电感系数(AL) 为了使磁芯电感容易计算，在手册中给出电感系数 AL，它表示磁芯具有 1 匝（或规定整数匝,
例如 1000 匝）线圈时的电感量。如果线圈为 N 匝，电感量为
55
开关电源中磁性元器件赵修科
铁氧体与其它软磁材料比较，虽然饱和磁感应比较低（0.5T），而且温度影响大。但其电阻率高，高频损耗小。在高频时，由于损耗限制磁感应摆幅，工作磁感应远小于饱
pv mW/cm3 103
和磁感应。因此饱和磁感应低的缺点显得不重要了。又因铁
氧体材料已有多种材料和磁芯规格满足各种要求，加之价格 102 较其它材料低廉，铁氧体是目前在开关电源中应用最为广泛

气隙在铁氧体磁芯中的应用

气隙在铁氧体磁芯中的应用益衡电子有限公司刘祖贵Enhance electronics CO.,LTD. LiuZugui摘要:本文详细论述了气隙在目前主要开关电源拓扑磁芯中的应用及其理论推导过程,并从多方面量化地分析了气隙所带来的利弊影响.文中除气隙a l 采用mm 制外,其它均采用国际单位制.a l 为研磨的气隙长度, e l 为研磨前磁芯的有效磁路长路, i l 为研磨后磁芯的磁路长度,其它为一般物理量通用符号.由于反激拓扑的工作原理可等效为一个功率电感和变压器并联,因此以铁氧体作磁芯的功率电感（PFC 等）气隙设计可参考反激拓扑,这里不作专门讨论.正文:气隙在仅工作于第一象限磁芯中的应用.以正激拓扑为例,由于剩磁B r 的存在,峰值磁密B m =ΔB+B r ,能有效利用的交变磁密ΔB=B m -B r ,如图(一)所示.图(一) 运行于第一象限的磁滞回线轨迹图(二) 单端正激拓扑导通阶段图(三) TDK PC44磁化曲线图(四) 加入气隙后的磁滞回线图三为典型铁氧体磁芯材料（TDKPC44）的磁化曲线,从图上可看出磁密范围在0.2T 内为其线性区域,PC44的剩磁T B r 1.0≈(未加气隙).如果正激拓扑磁芯从零磁化力即0.1T 开始进行,则磁芯进入磁滞回线弯曲部分之前的最大磁通变化量ΔB=B m -B r =0.1T.由法拉第定律 dtd ψε-=得: dt dB NAe dAe t B N dt d N dt d V Aem =∂∂===-=⎰⎰φψε 由 IL ψ=得 :dt dIL dt LI d dt d ==ψ 所以有: dt dIL dt dB NAe V ==变形得: NAeLdI NAe Vdt dB ==即在线性区内有: AeN I L Ae N T V B p mm p on on ∆==∆ 公式(一)其中I m 为励磁峰值电流,它是由零起始（断续）的斜坡电流,故有m m I I =∆.从公式<一>可看出初级匝数N P 与ΔB 成反比,较小的ΔB 就要求较多的初级匝数,较多的初级匝数使线径减小,从而降低了变压器的输出电流和功率,因此磁芯的利用率极低.磁芯加入气隙后使磁滞回线倾斜,剩磁就会显著降低.磁滞回线的倾斜并不改变矫顽力Hc 的大小,也不改变磁饱和磁密Bs 及线性区最高磁密B m 的大小. 它只是使磁滞回线的弯曲部分延伸到更大的磁场强度区域.从图<四>可看出加入气隙后磁芯的有效磁导率约等于Hc 处磁滞回线的斜率:H c o withgap o μμμμ≈)(, 因此加入气隙后的剩磁:Cw i t h g a pr w i t h g a pH B ομμ)()(=⇒ 公式(二)下面开始推导加入气隙后磁芯的磁导率)(withgap μ由安培环路定律I Hdl L∑=⎰可导出:Cwithgap C H c withgap r H H B )()(μμμμοο≈=m a a i i I N l H l H P =+ 公式(三)(I ∑为磁路路径e l 所包围的凈电流的代数和:m P L S PL P m P I N I N I N I N I =-+=∑,如图(二)示)当R l a <<时(中心柱研磨气隙,R 为磁芯中柱半径),气隙所引起的边缘效应可忽略,则:m a i Ae Sa Si φφφ====, m mi a B AeB B ===∴φ公式(三)可写成:m P a mi ro mI N l B l B =+ομμμir mP r m l la I N B +=⇒μμμο 公式(四)emP ia r e r l I N l l l +=μμμοemP withgap l I N )(μμο=即有:ae a r e r ia r e r w it h ga p l l l l l l l -+=+=μμμμμ)(变形得:1)(--=r ewithgap er a l l l μμμ将公式(二)代入上式得:1)(--=r ewithgap r ce r o a l B H l l μμμ(其中μr 为材料的相对磁导率,工程上一般有μr ～μi ).一般可取B r(with gap)=0.02T,这样可有效利用的交变磁密ΔB=B m -B r(withgap)=0.18T,这样就能减小初级匝数,大大提高磁芯的利用率.而且取此值时所需的气隙长度a l 极小,气隙a l 所带来的漏磁通(由于漏磁通ΦL 的闭合路径中大部分为弱磁性物质空气,漏磁通磁路的磁阻可认为等于空气隙部分磁路的磁阻Ae laAel R o r o aa μμμ==, l a增大,空气隙所产生的磁阻增大,空气隙所引起的边缘效应将会变得严重,漏磁通因此而增大.相反l a 减小则漏磁通会减小.漏磁链L ψ与i 成正比:iL LL ψ=,漏磁通所引起的电压变化量为dtdiL U LL =,工程上一般可用实验的方法近似测得漏感L L ）也可控制在接受的范围内,以PC44PQ4040 (m l e 102.0=%252400±=r μm A H C /10≈)为例,其剩磁降到0.02T 所需要的气隙长度为:m m l a 023.0)12300(102.002.010*102.0*2400*10*47≈-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-π 如此小的气隙长度并不需特别研磨,工艺上自然能够实现.但引入气隙也是有代价的,励磁电感量Lm 受气隙长度的影响甚大:由公式(四)可得: ia r Pr m m l l N dI dB +=μμμο 由公式(一)可得: 2P ia r r m m P m N l l Ae dI AedB N L +==μμμο 公式(五) 不加气隙:i e a l l l ==,0 22)(P L P er withoutgap m N A N l AeL ==∴μμο加入气隙: a e i l l l -= 2)(2)(P ewithgap P ae a r r withgap m N l AeN l l l Ae L μμμμμοο=-+=∴磁路长度为e l 的磁芯中研磨长度为a l 的气隙,励磁电感系数减小的比例为:ae a r ewithoutgap m withgap m l l l l L L -+=μ)()( 公式(六)公式（六）中,a l 虽小,r μ却很大, 所以有: e a e a r l l l l >-+μ)()(w i t h o u t g a pm w it h g a p m LL <∴ 上例中PC44PQ4040剩磁降低至0.02T 所需的气隙长度mm l a023.0=,引入气隙后的励磁电感量所减小的比例则为:66.010*023.0102.010*022.0*240102.033)()(=-+=--withoutgap m withgap m L L 因此气隙使磁芯磁导率dHdB=μ 降低,磁导率降低使剩磁B r 降低的同时励磁电感系数L m 减小，使励磁电流monon m L T V I =增大,励磁能量m on on mm on on m m m I T V I I T V I L P 21212122=== 随之增大.励磁能量不向负载传输功率,只用于使磁芯磁通沿磁滞回线移动,完成置位和复位功能,但线路中无功能量的传输将带来额外铜损.而对于RCD 型单端正激,损耗则更为严重,励磁能量将全部损耗于复位电阻中以保证磁芯能完全复位.过大的气隙还将使漏感增加,反峰电压增大,漏感损耗为: s m L p L s P L L f I I L f I L P L ⋅+=⋅=22)(2121 另外由于大多数铁氧体的铁损P Fe 与交变磁密B ∆的2.7次幂成正比,与开关频率s f 的1.7次幂成正比(V B f P mns Fe ∆=σσ为与铁磁材料性质有关的系数, n 、m 为指数 7.1≈n7.2≈m V 为磁芯体积),因此当频率s f 高于50KHZ 以上时,可适当降低B ∆来减少铁损,以保证铁损和铜损所造成的温升在可接受的范围内.与此同时, B ∆的降低就不要求过低的剩磁,因此气隙可适当减小,以减少励磁能量和漏感能量所带来的损耗.气隙在反激拓扑磁芯中的应用.反激拓扑磁芯和正激一样仅运用于磁滞回线的第一象限,独立出来讨论是因为它有其自身的特殊性.它在主开关导通时利用初级线圈储能,关断时向二次侧线圈放能来完成能量转换,同时完成置位和复位功能,如图(五)图(六)所示.即初级电感量与输出功率有关,因此初级电感量的设计显得尤为重要.图(五) 储能阶段图(六) 释能阶段首先根据输入电网的要求确定箝位电路的箝位电压及开关管的反峰耐压(宽电压输入与窄电压输入不一样),并根据最大输入电压及箝位电压可计算出初次级匝数比,根据最小输入电压和匝数比可计算出最大占空比D max .最大占比D max 的确定必须满足置位复位伏秒积关系: r o f f on on T V T V = CRM/CCM ：T r =T off CDM ：T r ＜T off(其中T r 为磁芯复位时间.对于CDM 模式,可根据T on(max)+T r =0.8T S 确定最大导通时间以保证在最低输入电压下不进入CCM 模式)由公式(一)可得：If D V I T V I T V L s on on on onon m ∆=∆=∆=max (min)(max)(min)其中I ∆为初级绕组斜坡电流幅值,可按下式计算:max(min)(max)/2D V P K I on o R η=∆ 公式(七)(K R 为临界系数,CRM/CDM K R =1 CCM K R =0.2~0.5 P o(max)为最大直流输出功率,η为电源效率）反激拓扑一般应用于输出功率较小场合, 铁损和铜损较好处理,根据公式(一)AeN I L B P m ∆=∆可看出ΔB 与N P 、Ae 成反比.因此,在ΔB 及铜损可接受的情况下可尽量增加N P 以求达到合理成本的磁芯规格,当N P 、Ae 初步确定后,可根据公式(五)2P ae a r r o mN l l l Ae L -+=μμμ导出:)1(2-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=r e m P r l L A e N la μμμο 考虑到反激拓扑靠励磁能量向二次侧传输功率,因此其峰值磁密可工作于磁滞回线的弯曲部分,电感饱和度可达到50%甚至更高.一般来说ΔB 上限可取0.2T 左右,频率高于50KHZ 时可适当降低以限制铁损, B m 可取到0.3T 左右(具体值选择可视实际材料在某些极限条件下不会产生瞬态饱和为宜).气隙长度及初级匝数N P 可按上述参数设计,由于r μ很大,所计算出的a l 一般满足:r ia l l μ>>下面开始计算反激拓扑磁芯的峰值磁密B m.对于CRM/CDM 型,其峰值磁密B m 的算法和正激拓扑一样:)(withgap r m B B B +∆=,但反激拓扑磁芯的a l 一般较大,)(withgap μ更小,剩磁)(withgap r B 可忽略.因此CRM/CDM 型磁芯峰值磁密可按B B m ∆=计算.（气隙长度，或等效气隙长度对反激只是调节参数，重要参数是电感量，通过调节气隙达到需要的电感量，如果气隙太大（例如小功率大约几mm ），说明磁芯尺寸选择不正确。

小只推荐：气隙位置对电感参数的影响以及改进

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宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来；此句是中国流传下来的一句古训，喻为如果想要取得成绩，获取成就，就要能吃苦，勤于锻炼，这样才能靠自己的努力赢得胜利。

各个行业皆是如此。

在电源网论坛里，就存在这样一些人，他们时常能DIY出被网友们称之为的经典设计，出于大家能够共同学习的目的，小编抓住了难得的机会，整理了这些经典帖，供分享学习。

本文来自arlink精华帖。

--------小编语。

除了用铁粉芯作磁芯的电感外，一般电感(Flyback变压器为耦合电感)。

气隙的位置对电感参数有较大影响，下面基于有限元计算对此问题进行分析并给出一种新结构之磁芯。

为方便起见，从一EE型的Flyback变压器开始分析，其内部磁场分为如下几个部分：主磁通、旁路磁通及扩散磁通。

电感器的损耗由旁路磁通及扩散磁通引起。

由于主磁通与线圈平面平行(假定线圈为铜箔且没有端部效应)，它不会引入电流密度J的变化，从而不影响线圈内电流的分布，此时线圈内电流由线圈自己决定。

但旁路磁通与扩散磁通深入线圈，使铁芯窗口内的磁场分布不再均匀，从而引起电流的重新分布，使电流集中在某一处。

如果，我们以气隙至磁轭的距离与磁芯中柱高度之比(hg/h)为变量，可得出气隙在不同位置时电感器损耗变化图如下：
由此图可知，气隙在中间时损耗最小，在两端时损耗最大，差别可达。

气隙磁芯电感

非均匀气隙磁芯电感
非均匀磁芯气隙电感
斜坡气隙－类似磁粉芯特性阶梯气隙－可设定特性例如气隙宽度1/5,最小的气隙为δ/20, 可以获得
L/L0 5
δ/20
δ
δ
4
3 2 1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 I/Io
气隙的边缘磁通
磁没有绝缘，空气隙周围空间也是磁路的一部分
（忽略散磁通）
气隙磁芯磁化特性
气隙将磁芯磁导率线性化，对于环形气隙磁
芯，如忽略边缘磁通
NI H clc H
也可以写成：
0 r
)
Bc
lc
B
0

NI lc ( H c H c
r
lc
相同B，H为两部分合成 1.可见将磁化曲线线性化了。 2.剩磁小了。
气隙磁芯等效磁导率
直流滤波电感设计要点
直流滤波电感量(Buck)
式中：
I 0.2I o
' o
' ' U o (1 Dmin ) U o (1 Dmin ) L If 0.2 I o f
U U o U R
' o

Dmin U / U i max 参数选取：市售功率磁芯 B 0.9 Bs100
气隙磁芯电感
当气隙较大时，有效磁导率为lc/δ,在磁芯不饱
和时电感量不随电流变化，为线性电感。电流连续Buck类直流滤波电感、升压电感，反激变压器等。按2Iomin决定电感量。
当输出电流小于最小电流时电流断续，为避
免振荡需要假负载，降低了效率。希望在小于Iomin时电感量大，当大于Iomin时回到正常的电感量的非线性电感。磁粉芯就是非线性电感，但成本高。可以采用非均匀气隙电感。

磁芯中柱开气隙长度测量 -回复

磁芯中柱开气隙长度测量-回复磁芯中柱开气隙长度测量是一种常见的工程测量方法，用于测量磁芯中柱的气隙长度。

在电子设备和通信领域中，磁芯的质量和性能对于整个系统的稳定运行至关重要。

因此，在制造和质量控制过程中，磁芯的各项参数与特性的测量是必不可少的一环。

首先，我们需要了解什么是磁芯中柱的气隙长度。

中柱是磁芯的一个重要组成部分，它通常是一个环形或柱形的孔，用于固定磁线圈或磁体。

而气隙长度则是中柱内部的空隙长度，也就是磁线圈或磁体与中柱之间的间隔距离。

接下来，我们将分别介绍磁芯中柱开气隙长度测量的步骤和相关的测量工具。

第一步，准备好进行测量的磁芯和测量工具。

磁芯应当是干净的，并确保表面没有任何污物或过多的磁性物质。

测量工具通常包括测距仪、千分尺、光学显微镜等。

第二步，将磁芯中柱放置在平坦的工作台上，确保它的底部与工作台表面接触均匀。

这是为了确保测量的准确性和稳定性。

第三步，使用测距仪对磁芯中柱的外径进行测量。

将测距仪的夹钳放置在磁芯中柱的顶部和底部，并读取测距仪显示的数值。

这个数值表示磁芯中柱的外径。

第四步，使用千分尺测量磁芯中柱的高度。

将千分尺的爪子放在磁芯中柱的顶部和底部，轻轻按下千分尺的读数规。

第五步，使用光学显微镜对磁芯中柱的气隙进行精确测量。

将光学显微镜放置在磁芯中柱的顶部，并将显微镜的目镜对准磁芯中柱的气隙区域。

调整显微镜的焦距直至清晰可见。

第六步，使用显微镜刻度尺或测量软件进行测量。

通过显微镜观察磁芯中柱的气隙，并使用刻度尺或测量软件的标尺来测量气隙的长度。

确保测量时的精度和准确性。

第七步，记录测量结果并进行必要的数据处理和分析。

将每个测量的结果记录下来，并计算平均值、标准偏差等统计量。

如果测量结果与设计要求不符，需要进行进一步的调整或修正。

总结起来，磁芯中柱开气隙长度测量是一种关键的工程测量方法，它能够确保磁芯的质量和性能符合要求。

通过依次进行准备、测量和数据处理等步骤，可以准确地测量磁芯中柱的气隙长度，并及时发现和解决可能存在的问题。

磁芯如何开气隙

附: 一款PQ32型磁芯{气隙0.004mm(理论计算)}用G-500胶涂磁芯中柱后调测电感
中柱涂G-
500上固定 110度固化
夹后电感mH 并浸漆后电
序号（31℃）感（31℃）电感变比
1 2.24 2.31 3.12%
2 2.2
2.26 2.73%
3 2.24 2.27 1.34%
4 2.25
2.53 2.55 0.79%
4: 在以上公式中的常数K其实也是变数,这个常数是和磁芯的导磁率u, 磁芯的磁路长度lg,磁通面积Ae相关.对于一付具体的磁芯,k有一个定值. 但对一批磁芯,每一付磁芯的u,lg,Ae都有不一样,导致K1,K2……Kn产生. 这个K值会引起气隙的差异最终影响电感误差.在电感精度要求很高时, 对原磁芯的一致性也要提出要求.
如要控制电感受误差在5以内气隙深度不能小于04mm如要控制电感受误差在3以内气隙深度不能小于065mm其次我们分析气隙深度lg的大小处决于哪些参数
磁芯气隙处理
磁芯气隙的处理是变压器生产厂家经常要面对的事情.当客户指标要求很严时导致磁芯气隙非常难处理,严重者费工费时,大大增加生产成本导致亏损．
形成气隙的方法很多，最常用的方法是磁芯中柱磨气隙和垫气隙．采用何种方法处决于能否达到客户的应用要求和生产加工的便利．
中柱涂G-
500上固定 110度固化
夹后电感mH 并浸漆后电
（31℃）感（31℃）电感变比
2.41 2.47 2.49%
2.5
2.56 2.40%
2.35 2.34 -0.43%
2.45
2.5 2.04%
2.5
2.52 0.80%
2.54 2.61 2.76%
2.53 2.56 1.19%