电感元件设计规范

1电磁学基本概念及公式 (3)

1.1 基本概念 (3)

1.2 基本公式 (4)

2磁元件的基本特性 (4)

2.1 磁滞效应（H YSTERESIS E FFECT）： (4)

2.2 霍尔效应（H ALL E FFECT）： (5)

2.3 临近效应（P ROXIMITY E FFECT） (5)

2.4 磁材料的饱和 (6)

2.5 磁芯损耗 (6)

3电感磁芯的分类及特点 (7)

3.1 磁芯材料的分类及其特点 (7)

3.1.1铁氧体（Ferrite） (7)

3.1.2硅钢片（Silicon Steel） (8)

3.1.3铁镍合金（又称坡莫合金或MPP） (8)

3.1.4铁粉芯（Iron Powder） (8)

3.1.5铁硅铝粉芯（又称Sendust或Kool Mu） (8)

3.2 磁芯的外形分类： (8)

3.3 电感的结构组成 (9)

3.3.1环型电感 (9)

3.3.2EE型电感/变压器 (10)

3.4 电感的主要类型： (10)

3.5 电感磁芯主要参数说明 (11)

4电感在UPS中的应用 (12)

5电感设计的原则 (14)

5.1 原则一：电感不饱和（感值下降不超出合理范围） (14)

5.2 原则二：电感损耗导致的温升在允许的范围内（考虑使用寿命） (17)

5.3 原则三：电感的工艺要求可以达成 (19)

6电感设计规范表 (21)

目的

磁性元件的设计是开关电源设计中的重点和难点，究其原因是磁性元件属非标准件，其设计时需考虑的设计参数众多，工艺问题也较为突出，分布参数复杂。为帮助硬件工程师尽快了解磁性元件，优化设计并减少设计中的错误，特制定此规范。

1电磁学基本概念及公式

1.1基本概念

1）磁通：穿过磁路的磁力线的总数，以Ф表示，单位韦伯（Wb）。

2）磁通密度（磁感应强度）：垂直于磁力线的方向上单位面积的磁通量，

以B表示，单位高斯（Gauss）或特斯拉（T），1 T=104 Gauss。

3）磁场强度：单位磁极在磁场中的磁力，以H表示，单位安[培]每米（A/m）或奥斯特（Oe），1 Oe=103/4πA/m。

4）磁导率：磁通密度与磁场强度之比，以μ表示，实际使用中通常指相对

于真空的磁导率，真空中的磁导率μ0 =4π×10-7 H/m。

5）磁体：磁导率远大于μ0的物质，如铁，镍，钴及其合金或氧化物等。

6）居里温度点：磁体在温度升高时，其磁导率下降，当温度高到某一点时，磁性基本消失，此温度称为居里温度点。

7）磁势：建立磁通所需之外力，以F表示。

8）自感：磁通变化率与电流变化率之比称自感，以L表示。

9）互感：由于A线圈电流变化而引起B线圈磁通变化的现象，B线圈的磁通变化率与A线圈的电流变化率之比称为A线圈对B线圈的互感，以

M表示。

1.2 基本公式

法拉第电磁感应定律：

穿过闭合回路的磁通发生变化，回路中会产生感应电流。如果回路不闭合，无感应电流，但感应电动势依然存在，感应电动势的大小：

磁场中的磁体存储的能量为：

为磁场中磁体的体积其中V BHV W

m

2

1

=

电学与磁学的对偶关系表：

2 磁元件的基本特性

2.1 磁滞效应（Hysteresis Effect ）：

磁化过程中，磁通密度B 的变化较磁化力F 的变化迟缓的现象称为磁滞。

d e N

dt

φ=为等效磁路长度其中磁场强度为铁窗面积其中磁通密度磁通磁势磁导率l l NI H A A B R

F NI F H B / / / / =====φφμ图2.1 环形铁心的铁窗

面积与磁路长度示意图

R 磁阻 R 电阻 F ＝ Φ R

洛伦兹定律

ε ＝I R

欧姆定律

H 磁场强度 E 电场强度 B 磁通密度 J 电流密度 μ 磁导率 γ 电阻率 Φ 磁通 I 电流 F 磁通势 ε 电动势 磁路 电路 表2.1 磁滞曲线图

2.2霍尔效应（Hall Effect）：

流过电流的导体穿过磁场时，在导体两端产生感应电势的现象，称为霍尔效应。

2.3临近效应（Proximity Effect）

流过电流的导线会产生磁场，相邻的导线在相互的磁场（也可以是外加磁场）作用下会产生电流挤到导体一边的现象成为临近效应。相邻层的导线若电流方向相同，电流会往外侧挤，相邻层的导线若电流方向相反，电流会往外内侧挤，如下图所示。临近效应会导致导体的利用率下降，铜损增加（与趋肤效应类似）。

图3.1 磁滞曲线图

图3.2 霍尔效应示意图

图3.3 邻近效应示意图

2.4磁材料的饱和随着磁性材料中的磁场强度增加，其磁通密度也增大，

但当磁场强度大到一定程度时，其磁通不再增加(见图3.1磁滞回线的

Bs)，这称为磁饱和。

2.5磁芯损耗

磁芯损耗主要由磁滞损耗和涡流损耗组成。

单位体积内的磁滞损耗正比与磁场交变的频率f 和磁滞回线的面积。

涡流损耗是指当通过磁芯的磁通交变时，会在磁芯中感应电势，该电势进而在磁芯中产生电流，从而产生损耗，它与磁芯材料的电阻率有

关，与频率f 也有关。

3 电感磁芯的分类及特点

3.1 磁芯材料的分类及其特点

3.1.1 铁氧体（Ferrite ）

以Fe 2O 3为主成分的亚铁磁性氧化物，有Mn-Zn 、Cu-Zn 、Ni-Zn 等几类，其中Mn-Zn 最为常用。

优点：成型容易，成本低，电阻率高，高频损耗较小。

缺点：饱和磁通较低（4000~5000高斯） ，居里温度点较低。 多适于10K －500KHz 频率，较低功率的应用。常用作高频变压器，小功率的储能电感等。高磁导率的铁氧体也常用作EMI 共模电感。常用的材质有TDK 公司的PC40，TOKIN 公司的BH2，Siemens 公司的N67，Philips 公司的3C90等。

软磁材料

合金类

粉芯类

硅钢片

铁镍合金

MPP

晶态合金

非晶态合金

铁基非晶钴基非晶铁镍基非晶纳米晶

铁粉芯

铁硅铝粉芯KooL Mu

High Flux MPP 粉芯铁氧体

Mn-Zn

Ni-Nn