开关电源磁芯主要参数

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1、第5章开关电源磁芯主要参数5.1概述5.1.1在开关电源中磁性元件的作用这里讨论的磁性元件是指绕组和磁心。绕组可以是一个绕组，也可以是两个或多个绕组。它是储能、转换和/或隔离所必备的元件，常把它作为变压器或电感器使用。作为变压器用，其作用是：电气隔离；变比不同，达到电压升、降；大功率整流副边相移不同，有利于纹波系数减小；磁耦合传送能量；测量电压、电流。作为电感器用，其作用是：储能、平波、滤波；抑制尖峰电压或电流，保护易受电压、电流损坏的电子元件；与电容器构成谐振，产生方向交变的电压或电流。5.1.2掌握磁性元件对设计的重要意义磁性元件是开关

2、变换器中必备的元件，但又不易透彻掌握其工作情况（包括磁材料特性的非线性，特性与温度、频率、气隙的依赖性和不易测量性）。在选用磁性元件时，不像电子元件可以有现成品选择。为何磁性元件绝大多数都要自行设计呢？主要是变压器和电感器涉及的参数太多，例如：电压、电流、频率、温度、能量、电感量、变比、漏电感、磁材料参数、铜损耗、铁损耗等等。磁材料参数测量困难，也增加了人们的困惑感。就以Magnetics公司生产的其中一种MPP铁心材料来说，它有10种μ值，26种尺寸，能在5种温升限额下稳定工作。这样，便有10×26×5=1300种组合，再加上前述电压、电

3、流等电参数不同额定值的组合，将有不计其数的规格，厂家为用户备好现货是不可能的。果真有现货供应，介绍磁元件的特性、参数、使用条件的数据会非常繁琐，也将使挑选者无从下手。因此，绝大多数磁元件要自行设计或提供参数委托设计、加工。本章将介绍磁元件的一般特性，针对使用介绍设计方法。结合线性的具体形式的设计方法，以后还将进一步的介绍。5.1.3磁性材料基本特性的描述磁性材料的特性首先用B-H平面上的一条磁化曲线来描述。以μ表示B/H，数学上称为斜率，表示为tanθ=B/h；电工上称为磁导率，如图5.1所示。由于整条曲线多处弯曲，因此有多个μ值称呼。另外

4、，从不同角度考查也有不同称呼。图5.1μ的各种称谓用B/H曲线示意图首先，磁化曲线开始段的磁导率，称为初始磁导率，表示为μi。其次，磁化曲线上有个最大的磁导率，表示为μm，如曲线A点处。再次，磁化曲线上任一点，在微小交流磁场作用下，考察微小交流磁感应强度变化，如曲线B点，表示为μd，称为变化磁导率μd。非磁性材料（例如铝、木料、玻璃、自由空间）B与H之比为一常数，用μ0来表示非磁性材料的磁导率，即μ0=1（在CGS单位制中）或μ0=4π×107（在RMKS单位制中）。当描述某一磁性材料的磁导情况，也常用它与自由空间中磁导情况比较，表示为有效

5、（或相对）磁导率μr，即其实，相对磁导率也是在两个相同的磁路内，相等的磁场强度下，磁性材料的磁感应强度与自由空间中的磁感应强度之比为：以上是关于磁导率的各种定义。在众多的材料中，如果自由空间（真空）的μ0=1，那么，比1略大的材料，称为顺磁性材料（例如白金、空气等）；比1略小的材料，称为反磁性材料（例如银、铜、水等）。在本章讨论的磁性元件μ>>1，是大有用处的。只有在需要磁屏蔽时候，才会用铜等反磁性材料，做成罩件使磁件的磁不会辐射到空间中去。下面给出几个常用参数式。1．初始磁导率μi式中：μ0----真空磁导率(4π×10-7H/m)；H-

6、---交流磁场强度(A/m)；B----交流磁感应强度(T)；2．有效磁导率μr在用电感L形成闭合磁路中（漏磁可忽略），磁心的有效磁导率为：式中：L----线圈的自感量(mH)；N----线圈圈数；----磁心常数，是磁路长度lm与磁心截面积Ae之比值（mm-1）；3.饱和磁感应强度Bs随着磁心中磁场强度H增加，磁感应强度出现饱和时的B值，称饱和磁感应强度Bs。4．剩余磁感应强度Br磁心从磁饱和状态去除磁场后，剩余的磁感应强度（或称残留磁通密度）。5．矫顽力Hc磁心从饱和状态除磁场后，继续反向磁化，直至磁感应强度减小到零，此时的磁场强度称为

7、矫顽力Hc（或保磁力）。6.温度系数αμ温度系数为温度在T1至T2范围内变化时，每变化10C相应磁导率的相对变化量，即式中：----温度为T1时的磁导率；----温度为T2时的磁导率；7.居里温度Tc其定义见图5-2，即在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，即为居里温度Tc。在该温度下磁心的磁状态由铁磁性转变成顺磁性。图5-2居里温度Tc定义图8.磁心损耗(铁损)Pc磁心在工作磁感应强度时的单位体积损耗。对正弦波，该工作磁感应强度可表示为：式中：Bw——工作磁感应强度(mT)；Vs——线圈两端的电压

8、(V)；f——频率(kHz)；N——线圈圈数；Ae——磁心有效截面积(mm2)；磁心损耗包括：磁滞损耗、涡流损耗、残留损耗。磁滞损耗是磁化所消耗的能量，表示为；作为工程计算用式：