开关电源使用的磁性器件中磁芯的选用及设计
高频开关电源主要磁性元件的设计
高频开关电源主要磁性元件的设计引言广告插播信息维库最新热卖芯片：SI4412DY-T1ADS7864YB/250MJE802XC68HC705P6ACDW T082LTC1067CS BA6418N LE50STR80145LTC1421CSW-2.5在电力直流系统中，由于普遍采用高频模块，对于高频模块的设计是功率越来越大，而体积却是越来越小，这就对其设计提出了一个关键的问题，那就是如何解决磁性元件的损耗及发热问题。
高频开关电源中大量使用各种各样的磁性元件，如输入／输出共模电感，功率变压器，饱和电感以及各种差模电感。
各种磁性元器件对磁性材料的要求各不相同，如差模电感希望μ值适中，但线性度好，不易饱和；共模电感则希望μ值要高，频带宽；功率变压器则希望μ值要适中，温度稳定好，剩磁小，损耗低等。
在非晶材料出现以前，共模电感主要采用高μ值(6K～10K)Mn-Zn合金，差模电感多采用铁粉芯或开气隙铁氧体材料，变压器则采用铁氧体材料等。
这些材料应用技术成熟，种类也很丰富，并有各种各样的产品形状供选择。
随着非晶材料的出现和技术不断成熟，在开关电源设计中，非晶材料表现出许多其它材料无法比拟的优点。
几种常用磁性材料基本性能比较如表1。
1 主变压器的设计对于高频开关电源的主要发热元件，主变压器的设计尤其重要，其尺寸的大小和材料的选择更是重要。
1)主变压器的磁芯必须具备以下几个特点(1)低损耗；(2)高的饱和磁感应强度且温度系数小；(3)宽工作温度范围；(4)μ值随B值变化小；(5)与所选用功率器件开关速度相应的频响。
早前高频变压器一般选用铁氧体磁芯，下面对VITROPERM500F铁基超微晶磁芯与德国西门子公司生产的N67系列铁氧体磁芯的性能进行较，见图1。
从以上图表可以看出两者有以下区别：(1)相同工作频率(200kHz以下)，非晶材料损耗明显低于铁氧体，工作频率越低，工作B值越高，非晶材料优势越明显。
但在250kHz以上频段，铁氧体损耗要明显低于非晶材料。
变压器设计及磁芯相关资料
磁性器件中磁芯的选用及设计开关电源中使用的磁性器件较多，其中常用的软磁器件有：作为开关电源核心器件的主变压器(高频功率变压器)、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。
不同的器件对材料的性能要求各不相同，如表所示为各种不同器件对磁性材料的性能要求。
(一)、高频功率变压器变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。
变压器的设计公式如下：P=K*f*N*B*S*I×10-6T=hc*Pc+hW*PW其中，P为电功率;K为与波形有关的系数;f为频率;N为匝数;S为铁芯面积;B为工作磁感;I为电流;T为温升;Pc为铁损;PW为铜损;hc和hW为由实验确定的系数。
由以上公式可以看出：高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积重量。
但B值的增加受到材料的Bs值的限制。
而频率f可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小。
而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过来又影响使用频率和工作磁感的选取。
一般来说，开关电源对材料的主要要求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里温度和好的温度稳定性，有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感、稳定性好，价格低。
单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限，对材料磁性的要求有别于前述主变压器。
它实际上是一只单端脉冲变压器，因而要求具有大的B=Bm-Br，即磁感Bm和剩磁Br之差要大;同时要求高的脉冲磁导率。
特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储能要求。
线圈储能的多少取决于两个因素：一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L，另一个是工作磁场Hm或工作电流I，储能W=1/2LI2。
这就要求材料有足够高的Bs值和合适的磁导率，常为宽恒导磁材料。
对于工作在±Bm 之间的变压器来说，要求其磁滞回线的面积，特别是在高频下的回线面积要小，同时为降低空载损耗、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适的为封闭式环形铁芯，其磁滞回线见图所示，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。
如何挑选开关电源的磁芯
硅铁块具有离散间隙，与铁硅铝(Kool Mμ)的分步式间隙不同，因此随着电流增加，饱和出现要快的多。铁硅铝(Kool Mμ) 可利用饱和曲线的优点，设计出较小的电感器。
硅钢装配件中所用的环氧树脂中一般不能像铁硅铝(Kool Mμ)在200 ℃操作。
铁硅铝(Kool Mμ)成本低于同等大小的硅钢块。
间隙铁氧体有较多种类的形状，有Pot Cores、EFD's、PQ's等等，而铁硅形状目前受限于 E-Core、U-Core & Blocks。
铁硅铝与铁粉芯
除了承受直流偏置外，开关稳压电感器还有一定交流电，通常在10kHz至300kHz。这种交流电流会产生高频磁场，造成磁芯损耗并导致磁芯变热。这种情况在铁硅铝(Kool Mμ)中会减少，因此电感更有效率，温度更低。
在铁损的部分，铁硅的磁芯损耗远低于硅钢叠片。用20μ铁硅铝和硅铁相比较，在10kHz和50kHz的频率情况下，硅铁的磁损更厉害。
铁硅铝的特点和应用
铁硅铝(Kool Mμ)是什么呢？简单来说，它是由铝-硅-铁组成，它拥有相当高的Bmax(1050mT)，它的磁芯损耗远低于铁粉芯及高磁通，有低磁致伸缩（低噪音），是低成本的储能材料，无热老化，可以用于替代铁粉芯，在高温下性能非常稳定。
表1.铁硅 与锰锌铁氧体之LI2值的比较
表2.铁硅 与锰锌铁氧体尺寸上之比较
间隙铁氧体也有很多优点，间隙铁氧体可以有很高的有效磁导率μeff，铁氧体可以在500 以上而铁硅 目前受限于μeff = 125。间隙铁氧体使用在一些低功率的设计时更为适合。
间隙铁氧体电感系数的公差值较低，如果工艺好的话，多数的铁氧体电感系数的公差值为 ±3，而铁硅 为 ± 12% 。
磁芯选择——精选推荐
磁芯选择开关电源变压器磁设计系列（⼀）电路拓扑选定后，就需要确定电路的⼯作频率和变压器的磁芯尺⼨，确保变压器在体积最⼩的情况下获得所需的最⼤输出功率。
要确定频率和变压器磁芯尺⼨，⾸先要得出输出功率与变压器各参数（磁芯截⾯积，磁⼼窗⼝⾯积，⾻架⾯积，峰值磁通密度，变压器⼯作频率及线圈电流密度等）间的数量关系。
通常根据公式来选择变压器磁芯和⼯作频率的时候，先假设变压器磁芯和⼯作频率，然后根据假定的数值和其他的⼀些参数来换算出变压器功率。
如果功率不符合要求，那么就需要更改先前的假设，重复以上的过程。
1.变压器磁⼼材料，⼏何结构a. 开关电源基本选⽤的是铁氧体磁⼼，它是⼀种陶瓷性的铁磁材料，由氧化铁和其他的锰，锌氧化物混合构成的晶体。
其电阻率很⾼，故铁氧体的涡流损耗很低。
如果所⽤材料损耗只源于磁滞损耗，则这种数值很⼩的损耗不会影响该材料使⽤在1MHz以上的场合。
不同氧化物，不同加⼯⽅式形成的磁芯，具有各⾃的优点。
有的在⾼频（⼤于100KHz）铁损最⼩；有的⾼温（如90℃）下铁损最⼩；有的可以使在常⽤的⾼频和峰值磁通密度下铁损最⼩。
但是⼤多数的功率变压器的铁氧体的直流磁滞回线特性都是相似的。
温度为100℃时，它们都在3000G---3200G范围内达到10％的饱和，具有0.10---0.15Oe的矫顽⼒，剩余磁通密度都为900---1200G。
选择磁芯材料时，主要考虑的是铁损随频率和峰值磁通密度变化的曲线。
相同的峰值磁通密度下，单极性电路的铁损是双极性电路铁损的⼀半。
这个结论仍有争议，但是已经被⼴泛的接收了。
b. 磁芯的⼏何形状主要有罐状或杯状，RM形，EE形，PQ形，UU或UI形。
不同形状的磁芯，各有其特点，分别说明如下：罐状：由于其结构上是⾻架中⼼柱上的线圈⼏乎完全被铁氧体材料包围，所以有效的减⼩了磁场的辐射，对于EMI—RFI要求严格的场合⾮常适合。
其出线槽⽐较窄，因此不适合于输⼊/输出电流较⼤（绕线尺⼨较⼤）的变换器中，也不适合与多路输出电源。
选择开关变压器磁芯的方法
磁芯/选择开关变压器磁芯的方法在设计开关变压器时，正确选择开关变压器磁芯是非常重要过程。
只有开关变压器磁芯选择好了，开关变压器才能达到佳效果。
那么要怎样正确选择磁芯呢？常见的开关变压器使用的磁性材料为软磁铁氧体，其成分为MnZn。
由于配方及生产工艺的不同，各公司制成了特性参数不同多种牌号的磁性材料，并提供各牌号磁性材料的特性参数，如使用频率范围、初始导磁率、比损耗因数、比温度系数、饱和磁通密度、居里温度、电阻率、密度以及某些参数随频率、温度变化的曲线。
磁芯按形状又分EI、EE、EC、U、UF 等多种型号。
每种型号又有多种规格，各生产公司亦提供各种型号规格磁芯的几何尺寸。
选择磁芯的任务就是确定变压器选用磁芯的材料牌号及型号规格。
材料牌号的选择，主要依据开关变压器的最高工作频率。
例如R2KD适用于30 kHz以下，R2KBD 适用于50 kHz 以下，R2KB1 适用于200 kHz 以下。
铁基非晶铁芯：在几乎所有的非晶合金铁芯中具有最高的饱和磁感应强度（1.45～1.56T），同时具有高导磁率，低矫顽力，低损耗，低激磁电流和良好的温度稳定性和时效稳定性。
主要用于替代硅钢片，作为各种形式，不同功率的工频配电变压器，中频变压器，工作频率从50Hz到10KHz；作为大功率开关电源电抗器铁芯，使用频率可达50KHz。
铁镍基非晶铁芯：中等偏低的饱和磁感应强度(0.75T)，高导磁率，低矫顽力，耐磨耐蚀，稳定性好。
常用于取代坡莫合金铁芯作为漏电开关中的零序电流互感器铁芯。
钴基非晶铁芯：在所有的非晶合金铁芯中具有最高的磁导率，同时具有中等偏低的饱和磁感应强度（0.65T），低矫顽力，低损耗，优异的耐磨性和耐蚀性，良好的温度稳定性和时效稳定性，耐冲击振动。
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开关电源磁芯选择、热设计要点总结——这篇宝藏小文档入木三分(民熔)
开关电源磁芯选择、热设计要点总结磁芯选择要点1、适中的磁导率相对磁导率究竟选取多少合适呢？这要根据实际线路的开关频率来决定，一般相对磁导率为2000的材料，其适用频率在300kHz以下，有时也可以高些，但最高不能高于500kHz。
对于高于这一频段的材料，应选择磁导率偏低一点的磁性材料，一般为1300左右。
2、较高的居里温度居里温度是表示磁性材料失去磁特性的温度，一般材料的居里温度在200℃以上，但是变压器的实际工作温度不应高于80℃，这是因为在100℃以上时，其饱和磁通密度Bs已跌至常温时的70％。
因此过高的工作温度会使磁心的饱和磁通密度跌落的更严重。
再者，当高于100℃时，其功耗已经呈正温度系数，会导致恶性循环。
对于R2KB2材料，其允许功耗对应的温度已经达到110℃，居里温度高达240℃，满足高温使用要求。
3、在高频下具有较低的功率损耗铁氧体的功率损耗，不仅影响电源输出效率，同时会导致磁心发热，波形畸变等不良后果。
变压器的发热问题，在实际应用中极为普遍，它主要是由变压器的铜损和磁心损耗引起的。
如果在设计变压器时，Bm选择过低，绕组匝数过多，就会导致绕组发热，并同时向磁心传输热量，使磁心发热。
反之，若磁心发热为主体，也会导致绕组发热。
选择铁氧体材料时，要求功率损耗随温度的变化呈负温度系数关系。
这是因为，假如磁心损耗为发热主体，使变压器温度上升，而温度上升又导致磁心损耗进一步增大，从而形成恶性循环，最终将使功率管和变压器及其他一些元件烧毁。
因此国内外在研制功率铁氧体时，必须解决磁性材料本身功率损耗负温度系数问题，这也是电源用磁性材料的一个显著特点。
热设计要点1、热设计中常用的几种方法为了将发热器件的热量尽快地发散出去,一般从以下几个方面进行考虑: 使用散热器、冷却风扇、金属pcb、散热膏等.在实际设计中要针对客户的要求及最佳合理地将上述几种方法综合运用到电源的设计中。
2、半导体器件的散热器设计由于半导体器件所产生的热量在开关电源中占主导地位,其热量主要来源于半导体器件的开通、关断及导通损耗。
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、El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 )El 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。
开关电源中的高频磁元件的设计
• 开关电源概述 • 高频磁元件在开关电源中的作用 • 高频磁元件的设计 • 高频磁元件的制造工艺 • 高频磁元件的应用实例 • 高频磁元件的发展趋势与展望
01
开关电源概述
开关电源的定义与特点
定义
开关电源是一种将电能进行转换 的装置，通过控制开关管的工作 状态，将电能进行升压或降压， 并输出稳定的直流电压。
应用实例三
总结词
LED照明电源中的高频磁元件需要满足低成 本、小型化、高效能等要求。
详细描述
LED照明电源中的高频磁元件主要用于实现 LED灯的驱动和控制，需要满足低成本、小 型化、高效能等要求。同时，由于LED灯的 发光原理和特性，高频磁元件还需要具有良 好的恒流性能和较小的体积，以保证LED灯 的稳定性和寿命。在具体设计时，需要考虑 磁元件的磁性能、热性能、电气性能等多个 方面，以满足LED照明电源的需求。
组装工艺
采用合适的组装工艺，确保各元件位置准 确、固定可靠，同时保持整体结构紧凑、 散热性能良好。
绝缘处理
采用合适的绝缘材料和工艺，确保线圈的 绝缘性能可靠，防止短路和漏电事故的发 生。
制造工艺中的质量控制
严格控制原材料的质量，确保 所选材料符合设计要求和相关 标准。
加强绕线、绝缘处理、组装等 关键工艺环节的质量控制，提 高产品的合格率和稳定性。
06
高频磁元件的发展趋势与展望
发展趋势
高频化
01随着电力电子技术ຫໍສະໝຸດ 进步，开关电源的工作频率不断提高，高
频磁元件的需求越来越大。
小型化
02
随着电子设备的便携化和轻量化，高频磁元件的设计需要更加
紧凑和轻便。
高效化
03
如何在开关电源设计中选择最合适的高功率电感的磁芯
Ｎｏ ｉ ｍ ｎａｌ
产生 高频磁场 ， 成磁芯 损耗并导致 造
磁 芯 变热 。这种 情 况在 铁 硅铝 （ｏ ｌ Ｋｏ
ｃ ２ ｍ
Ｃｍ
Ｐ ｒ ａ ｉｔ ｍｉ ｅ ｍｅ ｂｌ ｙ（ ） ｉ
Ａｅ ｌ ｅ Ｖｅ
Ⅲ 砷０３ １ 如 缸
，
Ｍｐ 中会 减少 ，因此 电感更 有效 率， ） 温度更低。 铁 硅 铝 （ ｅ ｌ ）的 磁 芯 损 耗 Ｋ ｅ Ｍｐ
Ｏ ｌ ｎ ｅ ｎ ｉ
在 线座 谈 （ ｌ ｅ Ｓ ｍｉａ ） 中 电 网 于２ ０ 年 推 出 的创 新 服 务 ，通 过 “ Ｏｎｉ ｅ ｎ ｒ 是 ｎ ００ 视
中网Ｅ 虫ａ Ｗ＿ ｃ ｜Ｇ ｃ９ 、 ． Ｎ ． ｍ ｅ ｔ
频演 示＋专 家解说 ＋在线 问答”三位 一体 相结合的形式 ，充分发挥网络平 台的便
■ Ｍａ ｎ ｔ ｓ ｇ ｅｉ 美国磁性材料公司 ｃ
究 竟 是磁 粉 芯 好 ，还 是 铁 粉 芯 必 须在 下降 曲线的安全 区进行 设计。 好？相信是 许多工程师 在进 行开关 电 铁硅 铝 （ ｏ ｌ ） Ｋ ｏ Ｍｐ 被设 计在受 控制 的
体 不同 ， 随着温度改变 ， 变化不会很大。
而 当储 能是 一样 的 时候 ，Ｌ２值 Ｉ
一
２ ℃到 １ ０ ５ ℃不同环境下材质的差异。 ０
样 ，铁硅 铝 （ｏ ｌ ） 积缩 小 了 Ｋ ｏ Ｍｐ 体
由于铁硅铝 的材质及 结构和 间隙铁氧 很 多，对 于设计 者来说 ，这 有效缩 小
世 界 电子 元 器 件 ２ ０ １ ｃ．ｃｃ ｃｏｒ ０１ ．０ ｇｅ ｅ ｎ． ｎ
如何 在 开关 电源 设 计 中选 择 最合 适 的高功率 电感 的磁 芯
开关电源中磁珠的特性与选用原则
开关电源中磁珠的特性与选用原则1、磁珠的特性开关电源尤其是大功率开关电源，它们的工作频率一般为100kHz，有的高达1MHz。
在高频的作用下，电源的输出整流管，在关断期间反向恢复过程中，会产生噪声和反向峰值电流，非常容易击穿整流二极管或MOS管，还容易在二极管或MOS管导通期间向外辐射高频率的干扰信号。
人们虽然在整流二极管的两端并联阻容元件组成高频旁路电路，但作用效果不太理想。
相反，由于增加了电阻、电容，在高频率的作用下造成损耗。
近年来，研发人员找到在二次侧滤波器输出线上套上一只磁珠，有力地抑制了噪声和干扰信号，还具有静电脉冲吸收能力。
磁珠的主要原料为铁氧体，是一种晶体结构亚铁磁性材料，它在低频时呈现电感特性，损耗很小；在高频时呈现电抗特性抵抗高频辐射。
它的性能参数与铁氧体磁心一样，为磁导率和磁通密度。
当导体穿过铁氧体磁心时，所形成的电抗是随着频率升高而增加，不同的频率其受理作用不一样。
磁珠在高频下的磁导率较低，电感量也小，干扰电磁波吸收很大；在低频时作用相反。
总而言之，磁珠器件具有低损耗、高品质因数的特性，可防止电磁辐射。
2、磁珠的主要参数（1）标准值磁珠的单位是按照在某一频率下所产生的阻抗来标定的，它的单位是Ω，一般以100MHz为标准。
如2012B601是指100MHz磁珠的阻抗为600Ω。
（2）额定电流是保证电路正常工作允许通过的电流。
（3）感抗磁珠在100MHz的高频下，在一闭环电路里，磁珠的两端所产生的电感量。
电感量的大小表示储能的能力大小。
（4）Q值品质因数。
（5）自谐振频率由于电感有分布电容的作用，将形成LC振荡电路而起振，称之为自谐振频率。
（6）超载电流表示电感器正常工作时的最大电流的2.2倍。
（7）封装形式及尺寸在PCB上多使用表贴封装元器件，这种形式具有良好的闭合磁路和电磁特性。
（8）磁通量磁珠在低频下承受电流越大，感抗随交流变化而呈容抗，磁珠发热而造电路损耗。
初始磁通量与品质因数Q得不到平衡。
开关电源中的高频磁元件设计
开关电源中的高频磁元件设计高频磁元件是开关电源中的重要组成部分，能够将输入的电能转化为高频电能，并进行功率变换。
它们在保证开关电源正常工作、提高效率和减小尺寸方面起到关键作用。
因此，在设计高频磁元件时，需要考虑多种因素，包括输入输出电压、频率、功率、效率等。
下面，将详细介绍高频磁元件的设计。
1.开关频率和功率密度：在设计高频磁元件时，首先需要考虑开关频率和功率密度。
开关频率越高，磁元件所承受的磁通变化速度越快，对磁性材料的要求也越高。
此外，功率密度的大小也会影响磁元件的尺寸和重量。
2.磁芯材料选择：选择合适的磁芯材料对于高频磁元件的设计至关重要。
常用的磁芯材料包括铁氧体、磁性粉末材料和软磁材料等。
铁氧体具有较高的磁导率和饱和磁感应强度，并且价格相对较低，适用于大功率开关电源。
磁性粉末材料具有优良的高频特性，适用于高频开关电源。
软磁材料具有低矫顽力和低剩磁，适用于高频大电流的开关电源。
3.磁芯形状设计：磁芯的形状对于高频磁元件的性能也有很大的影响。
通常，矩形和环形磁芯是常见的设计形式。
矩形磁芯适用于大功率开关电源，而环形磁芯适用于高频开关电源。
此外，还可以采用线圈分层和空气隙设计来减小电流的涡流损耗和铜损耗。
4.初级和次级绕组设计：绕组是高频磁元件中的重要组成部分，它将输入的电流变压为合适的电压，并传递给次级侧。
在设计绕组时，需要考虑绕组的匝数、尺寸、电阻和电感等参数，以及绕组之间的绝缘和屏蔽。
5.整体设计和电磁兼容性：在设计高频磁元件时，还需要考虑整体的设计和电磁兼容性。
合理的布局和隔离可以减小互感和干扰，提高系统的性能稳定性和抗干扰能力。
此外，还需要进行电磁兼容性测试，以确保高频磁元件符合相关标准和规范。
综上所述，高频磁元件的设计是开关电源设计中的重要环节。
在设计过程中，需要考虑开关频率、功率密度、磁芯材料选择、磁芯形状设计、绕组设计以及整体设计和电磁兼容性等因素，以确保高频磁元件的性能稳定和高效工作。
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。
开关电源中的高频磁元件的设计
开关电源中的高频磁元件的设计开关电源是一种常见的电力转换装置，其中高频磁元件起到了至关重要的作用。
高频磁元件设计的目标是实现高效的电力转换和最小的能量损耗。
下面将详细介绍高频磁元件的设计过程。
首先，高频磁元件的设计需要确定电源的输入和输出参数。
输入参数包括输入电压和输入电流的范围，输出参数包括输出电压和输出电流的需求。
此外，还需要考虑开关频率、转换效率和工作温度等因素。
接下来，根据输入和输出参数确定高频磁元件的类型。
常见的高频磁元件包括变压器、电感器和变压电感器等。
不同的应用场景需要选择适合的磁元件类型。
然后，根据设计需求计算磁元件的参数。
首先，选择合适的磁芯材料和磁芯形状。
磁芯材料的选择应考虑磁导率、饱和磁通密度和磁损耗等特性。
磁芯形状的选择应根据电磁场分布和损耗的要求。
其次，计算磁元件的线圈参数。
线圈参数包括匝数、导线直径、线圈材料和线圈形状等。
匝数的选择要实现所需的电压变换比和电流承载能力。
导线直径的选择要考虑电流承载能力和电阻损耗。
线圈材料的选择要考虑导电性能和热稳定性。
接下来，通过磁路分析计算磁元件的磁路参数。
磁路参数包括磁感应强度、磁路长度和磁场强度等。
通过磁路参数的计算可以确定磁芯的尺寸和磁场的分布。
然后，进行磁元件的电磁场分析。
电磁场分析是计算磁元件中电磁场分布和损耗的过程。
通过电磁场分析可以确定磁元件的损耗和电磁兼容性。
最后，根据设计结果选择合适的高频磁元件。
选择合适的高频磁元件需要综合考虑电路参数、成本和制造工艺等因素。
总结来说，高频磁元件的设计涉及电路参数的确定、磁芯材料和形状的选择、线圈参数的计算、磁路参数的计算和磁场分析等步骤。
通过科学的设计方法和精确的计算可以实现高效的电力转换和最小的能量损耗。
同时，还需要考虑制造工艺和成本等因素，选择合适的高频磁元件。
开关电源变压器磁芯
开关电源变压器磁芯应用领域：采用纳米晶合金制作的开关电源用环形磁芯，具有很高的磁导率和低损耗，是应用于单端、推挽或全桥式高频开关电源中的主变压器、磁放大器、扼流圈、储能电感、滤波电感、共模电感以及尖峰抑制器的理想材料。
性能特点:1、高饱和磁感应强度能有效缩小变压器的体积。
2、高磁导率、低矫顽力可提高变压器效率、减小激磁功率和线圈分布参数。
3、低损耗、低磁致伸缩系数。
材料特性：产品规格：15 25/40×10 45 22.6 13.6 0.488 10.216 25/40×15 45 22.6 16.8 0.732 10.217 32/50×10 55.3 29.6 11.8 0.585 12.918 32/50×15 55.3 29.6 16.8 0.88 12.919 32/50×20 55.3 29.6 21.8 1.17 12.9注：D—外径，d—内径，H—高，S（cm2）—有效截面积，L（cm）—磁路长度您当前的位置：首页 > 应用 > 电源38kHz/375W开关电源变压器的设计时间：2008-03-25 10:23:00 来源：电源技术应用作者：许锦旋，苏成悦，潘永雄，付胤荣，麦凯摘要：详细介绍了一个带有中间抽头的高频大功率变压器的设计过程和计算方法，以及要注意的问题。
根据开关电源变换器的性能指标设计出的变压器经过在实际电路中的测试和验证，效率高、干扰小，表现了优良的电气特性。
关键词：开关电源变压器；磁芯的选择；磁感应强度；趋肤效应；中间抽头0 引言随着电子技术和信息技术的飞速发展，开关电源SMPS(switch mode power supply)作为各种电子设备、信息设备的电源部分，更加要求效率高、成本小、体积小、重量轻、具有可移动性和能够模块化。
变压器作为开关电源的必不可少的磁性元件，对其进行合理优化的设计显得非常重要。
开关电源变压器磁芯材料的选择 2019
开关电源变压器磁芯材料的选择
软磁铁氧体，由于其价格低、适应性能和高频性能好等特点，所以被广泛应用于开关电源中。
软磁铁氧体，常用的分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两大系列，锰锌铁氧体的组成部分为Fe2O3,MnCO3,ZnO,它主要应用在1MHz以下的各类滤波器、电感器、变压器等，用途广泛。
而镍锌铁氧体的组成部分为Fe2O3,NiO,ZnO等，主要用于1MHz以上的各种调感绕组、抗干扰磁珠、共模天线匹配器等。
在开关电源中应用最为广泛的是锰锌铁氧体磁芯，而且视其用途不同，材料选择也不同，用于电源输入的滤波器部分的磁芯多为高磁导率磁芯，其材料牌号多为R4K~R10K，即相对磁导率为4000~10000左右的铁氧体磁芯，而用于主变压器、输出滤波器等多为高饱和磁通密度的磁性材料，其中Bs为0.5T(即5000GS)左右。
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。
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开关电源使用的磁性器件中磁芯的选用及设计
开关电源中使用的磁性器件较多，其中常用的软磁器件有：作为开关电
源核心器件的主变压器(高频功率变压器)、共模扼流圈、高频磁放大器、滤
波阻流圈、尖峰信号抑制器等。
不同的器件对材料的性能要求各不相同。
(一)、高频功率变压器
变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。
变压器的设计公式如下：
P=KfNBSI×10-6T=hcPc+hWPW
其中，P为电功率;K为与波形有关的系数;f为频率;N为匝数;S为铁芯面积; B为工作磁感;I为电流;T为温升;Pc为铁损;PW为铜损;hc和hW为由实验确
定的系数。
由以上公式可以看出：高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积
重量。
但B值的增加受到材料的Bs值的限制。
而频率f可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显着减小。
而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过
来又影响使用频率和工作磁感的选取。
一般来说，开关电源对材料的主要要
求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里
温度和好的温度稳定性，有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感、稳
定性好，价格低。
单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限，对材
料磁性的要求有别于前述主变压器。
它实际上是一只单端脉冲变压器，因而
要求具有大的B=Bm-Br，即磁感Bm和剩磁Br之差要大; 同时要求高的脉冲磁导率。
特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储
能要求。
线圈储能的多少取决于两个因素：一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L，另一个是工作磁场Hm或工作电流I，储能W=1/2LI2。
这就要求材料有。