磁性材料和磁路基本定律
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➢涡流损耗Pe
The eddy current loss is caused when the lines of flux pass through the core, inducing electrical current in it.
如何能够减小涡流损耗？
29
磁心特性与磁路定律
➢剩余损耗Pc 由于磁化弛豫效应或磁性滞后效应引起的 损耗。所谓弛豫是指在磁化或反磁化的过 程中，磁化状态并不是随磁化强度的变化 而立即变化到它的最终状态，而是需要一 个过程，这个“时间效应”便是引起剩余 损耗的原因。
4
开关电源中的磁性材料
➢为什么使用磁性材料
5
开关电源中的磁性材料
➢一个掌握困难
复杂的单位制：厘米—克—秒（cgs）单位制，米—千克—秒（mks）单 位制，混合英制
6
开关电源中的磁性材料
➢两个重要问题 1. 磁性材料的磁饱和问题：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。
•硬磁材料是指那些经过饱和磁化后，即使去 掉外部磁化磁场，材料中的剩磁仍能长时间 地保持磁化状态，并在周围空间产生长久不 变的磁场。 •硬磁材料具有强大的矫顽力和宽大的磁滞特 性曲线。 它的主要性能指标是：剩磁Br(T)、矫顽力 Hc(A/m) 和最大磁能积(BH)max。
7
开关电源中的磁性材料
➢两个重要问题
2. 磁性材料的居里点（居里温度） (Curie Temperature)：在这一温度下，材料的磁特性会发生 急剧变化。特别是该材料会从强磁物质变成顺磁性 物质，即磁导率迅速减小几个数量级。实际上，它 几乎转变为和空气磁芯等效。一些铁氧体(ferrites)的 居里点可以低到130oC左右。因此一定要注意磁性材 料的工作温度。
➢不同温度下的磁滞回线
23
磁心特性与磁路定律
居里温度 Curie Temperature
24
➢居里温度
磁心特性与磁路定律
在μ-T曲线上，80%μmax与20%μmax 连线与μ=1的交叉点相对应的温度
25
磁心特性与磁路定律
磁心损耗 Core Loss
26
➢损耗的构成
磁心特性与磁路定律
磁滞损耗（Hysteresis loss）
H Magnetic Field Strength （磁场强度）
Permeability （磁导率） （A measure of the ease in magnetizing the material）
B H
11
➢直流磁滞回线
Hysteresis Loop
磁心特性与磁路定律
Bs Saturation Flux Density （饱和磁密）
涡流损耗（Eddy current loss）
剩余损耗（Residual loss）
27
➢磁滞损耗Ph
磁心特性与磁路定律
The area enclosed by the hysteresis loop is a measure of hysteresis loss per cycle.
28
磁Leabharlann Baidu特性与磁路定律
12
磁心特性与磁路定律
➢高频下的磁滞回线
在高频下，B和H之间存在相位差，即时间效应。交 流磁场中曲线面积比直流磁场的曲线面积大，且形 状和大小也与磁场的变化频率有关。
13
磁心特性与磁路定律
磁阻 Reluctance
14
➢磁阻与电阻
磁心特性与磁路定律
Rm Reluctance（磁阻） 电学：E(emf), I, R 磁学：F(mmf), Φ, Rm
第五章 磁性材料和磁路基本定律
一、开关电源中的磁性 材料 二、磁心特性与磁路定 律 三、常见磁性材料 四、常见软磁材料型材 五、软磁材料应用要点
1
开关电源中的磁性材料
➢开关电源离不开磁性材料(Magnetic materials) ➢磁性材料主要用于电路中的变压器、扼流圈
(包括谐振电感器)中
Load
简单的说就是两个问题：
1.磁饱和——引起电感量减小
2.居里温度——磁导率减小
8
磁心特性与磁路定律
注意： 与电路理论相对比
9
磁心特性与磁路定律
磁滞回线 Hysteresis Loop
10
➢磁化曲线
Magnetization Curve
磁心特性与磁路定律
B Magnetic Flux Density （磁通密度/磁感应强度）
Br Remanence Flux Density （剩磁）
Hc Coercive Force （矫顽力）
i Initial Permeability （初始磁导率）
max Maximum Permeability （最大磁导率）
(BH)m Maximum Magnetic Energy Product （最大磁能积）
2
开关电源中的磁性材料
➢为什么使用磁性材料
1、真空磁导率为1.0，空气、纸和铜等非磁性材料 具有相同等级的磁导率，铁、镍、钴及其合金材料 具有高的磁导率，有时达到几十万
L0.4N2Ace108(H)
MPL
Ac—cm2 MPL—cm
3
开关电源中的磁性材料
➢为什么使用磁性材料
2、磁心比空心线圈的另一个优点是磁路长度（MPL） 易于确定，并且磁通除紧靠绕组附近外，基本局限 于磁心部分
15
➢磁阻的计算
磁心特性与磁路定律
MPL Rm e AC
l R
AW
16
➢各个量的关系
mmf 0.4NI
mmf Rm BAC
B eH
磁心特性与磁路定律
H ?
与电学有哪些相似性？
17
磁心特性与磁路定律
气隙 Air Gap
18
➢气隙的作用
磁心特性与磁路定律
改变磁阻Rm
19
➢等效磁导率的计算
e
1
m
m
lg MPL
磁心特性与磁路定律
20
磁心特性与磁路定律
温度系数 Temperature Coefficient
21
➢温度系数
磁心特性与磁路定律
温度在T1～T2范围内 变化时，每变化1℃相 应磁导率的相对变化 量
r2r1 1 r1 T2T1
T2 T1
μ-T曲线
22
磁心特性与磁路定律
30
➢磁性材料的划分
常见磁性材料
矫顽力是划分软磁、半硬 磁、永磁材料的一个依据
磁 软磁性材料 Hc < 1～10 Oe 性 材 半硬磁材料 Hc = 20～300 Oe 料
永磁性材料 Hc = 102～104 Oe
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常见磁性材料
➢硬磁性材料 (magnetically hard material)
The eddy current loss is caused when the lines of flux pass through the core, inducing electrical current in it.
如何能够减小涡流损耗？
29
磁心特性与磁路定律
➢剩余损耗Pc 由于磁化弛豫效应或磁性滞后效应引起的 损耗。所谓弛豫是指在磁化或反磁化的过 程中，磁化状态并不是随磁化强度的变化 而立即变化到它的最终状态，而是需要一 个过程，这个“时间效应”便是引起剩余 损耗的原因。
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开关电源中的磁性材料
➢为什么使用磁性材料
5
开关电源中的磁性材料
➢一个掌握困难
复杂的单位制：厘米—克—秒（cgs）单位制，米—千克—秒（mks）单 位制，混合英制
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开关电源中的磁性材料
➢两个重要问题 1. 磁性材料的磁饱和问题：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。
•硬磁材料是指那些经过饱和磁化后，即使去 掉外部磁化磁场，材料中的剩磁仍能长时间 地保持磁化状态，并在周围空间产生长久不 变的磁场。 •硬磁材料具有强大的矫顽力和宽大的磁滞特 性曲线。 它的主要性能指标是：剩磁Br(T)、矫顽力 Hc(A/m) 和最大磁能积(BH)max。
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开关电源中的磁性材料
➢两个重要问题
2. 磁性材料的居里点（居里温度） (Curie Temperature)：在这一温度下，材料的磁特性会发生 急剧变化。特别是该材料会从强磁物质变成顺磁性 物质，即磁导率迅速减小几个数量级。实际上，它 几乎转变为和空气磁芯等效。一些铁氧体(ferrites)的 居里点可以低到130oC左右。因此一定要注意磁性材 料的工作温度。
➢不同温度下的磁滞回线
23
磁心特性与磁路定律
居里温度 Curie Temperature
24
➢居里温度
磁心特性与磁路定律
在μ-T曲线上，80%μmax与20%μmax 连线与μ=1的交叉点相对应的温度
25
磁心特性与磁路定律
磁心损耗 Core Loss
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➢损耗的构成
磁心特性与磁路定律
磁滞损耗（Hysteresis loss）
H Magnetic Field Strength （磁场强度）
Permeability （磁导率） （A measure of the ease in magnetizing the material）
B H
11
➢直流磁滞回线
Hysteresis Loop
磁心特性与磁路定律
Bs Saturation Flux Density （饱和磁密）
涡流损耗（Eddy current loss）
剩余损耗（Residual loss）
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➢磁滞损耗Ph
磁心特性与磁路定律
The area enclosed by the hysteresis loop is a measure of hysteresis loss per cycle.
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磁Leabharlann Baidu特性与磁路定律
12
磁心特性与磁路定律
➢高频下的磁滞回线
在高频下，B和H之间存在相位差，即时间效应。交 流磁场中曲线面积比直流磁场的曲线面积大，且形 状和大小也与磁场的变化频率有关。
13
磁心特性与磁路定律
磁阻 Reluctance
14
➢磁阻与电阻
磁心特性与磁路定律
Rm Reluctance（磁阻） 电学：E(emf), I, R 磁学：F(mmf), Φ, Rm
第五章 磁性材料和磁路基本定律
一、开关电源中的磁性 材料 二、磁心特性与磁路定 律 三、常见磁性材料 四、常见软磁材料型材 五、软磁材料应用要点
1
开关电源中的磁性材料
➢开关电源离不开磁性材料(Magnetic materials) ➢磁性材料主要用于电路中的变压器、扼流圈
(包括谐振电感器)中
Load
简单的说就是两个问题：
1.磁饱和——引起电感量减小
2.居里温度——磁导率减小
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磁心特性与磁路定律
注意： 与电路理论相对比
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磁心特性与磁路定律
磁滞回线 Hysteresis Loop
10
➢磁化曲线
Magnetization Curve
磁心特性与磁路定律
B Magnetic Flux Density （磁通密度/磁感应强度）
Br Remanence Flux Density （剩磁）
Hc Coercive Force （矫顽力）
i Initial Permeability （初始磁导率）
max Maximum Permeability （最大磁导率）
(BH)m Maximum Magnetic Energy Product （最大磁能积）
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开关电源中的磁性材料
➢为什么使用磁性材料
1、真空磁导率为1.0，空气、纸和铜等非磁性材料 具有相同等级的磁导率，铁、镍、钴及其合金材料 具有高的磁导率，有时达到几十万
L0.4N2Ace108(H)
MPL
Ac—cm2 MPL—cm
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开关电源中的磁性材料
➢为什么使用磁性材料
2、磁心比空心线圈的另一个优点是磁路长度（MPL） 易于确定，并且磁通除紧靠绕组附近外，基本局限 于磁心部分
15
➢磁阻的计算
磁心特性与磁路定律
MPL Rm e AC
l R
AW
16
➢各个量的关系
mmf 0.4NI
mmf Rm BAC
B eH
磁心特性与磁路定律
H ?
与电学有哪些相似性？
17
磁心特性与磁路定律
气隙 Air Gap
18
➢气隙的作用
磁心特性与磁路定律
改变磁阻Rm
19
➢等效磁导率的计算
e
1
m
m
lg MPL
磁心特性与磁路定律
20
磁心特性与磁路定律
温度系数 Temperature Coefficient
21
➢温度系数
磁心特性与磁路定律
温度在T1～T2范围内 变化时，每变化1℃相 应磁导率的相对变化 量
r2r1 1 r1 T2T1
T2 T1
μ-T曲线
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磁心特性与磁路定律
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➢磁性材料的划分
常见磁性材料
矫顽力是划分软磁、半硬 磁、永磁材料的一个依据
磁 软磁性材料 Hc < 1～10 Oe 性 材 半硬磁材料 Hc = 20～300 Oe 料
永磁性材料 Hc = 102～104 Oe
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常见磁性材料
➢硬磁性材料 (magnetically hard material)