開關(guān)電源磁芯材料的基本參數(shù)演示文稿

開關(guān)電源磁芯材料的基本參數(shù)演示文稿當(dāng)前第1頁\共有101頁\編于星期日\23點（優(yōu)選）開關(guān)電源磁芯材料的基本參數(shù)當(dāng)前第2頁\共有101頁\編于星期日\23點專題12

磁粉芯直流濾波電感設(shè)計專題13

平面磁元件簡介專題10

反激變壓器電感設(shè)計（連續(xù)）專題15

開關(guān)電源熱設(shè)計專題14

磁集成技術(shù)簡介專題11

反激變壓器電感設(shè)計（斷續(xù)）專題9

帶氣隙的鐵氧體電感設(shè)計當(dāng)前第3頁\共有101頁\編于星期日\23點掌握單位的物理意義，由于電磁學(xué)的單位經(jīng)常用科學(xué)家的名字命名的因此不容易記憶與換算，如韋伯、奧斯特、特斯拉、高斯、亨利和安培等；學(xué)會聯(lián)想學(xué)習(xí)，與電路的概念，力學(xué)的概念，能量等進(jìn)行聯(lián)想學(xué)習(xí)，因為我們已經(jīng)有很好的物理基礎(chǔ)（力學(xué)，電學(xué)兩大門類）；始終以變化的概念對待磁的問題，不變就沒有工程應(yīng)用價值，即始終不忘記頻率這個參數(shù)。學(xué)習(xí)方法當(dāng)前第4頁\共有101頁\編于星期日\23點做開關(guān)電源沒有最好，只有更好。磁性元件設(shè)計同樣也是如此應(yīng)該獲得“漁”的能力，而不是“魚”。研發(fā)開關(guān)電源，說到底有一個十分重要的工作就是設(shè)計變壓器、設(shè)計電感等磁性元件，其他元件雖然也要設(shè)計，都可以買到。磁元件的設(shè)計經(jīng)常成為“拉路虎”磁元件無法集成、很難批量生產(chǎn)、很難流水線生產(chǎn)、個體差別大。當(dāng)前第5頁\共有101頁\編于星期日\23點19-20世紀(jì)初磁學(xué)里四位偉大科學(xué)家Maxwell:麥克斯韋電磁場理論Lenz:楞次定律Amper:安培定律Frady:電磁感應(yīng)定律當(dāng)前第6頁\共有101頁\編于星期日\23點磁場的單位制標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，計算方便，用于國際學(xué)術(shù)交流，但工程應(yīng)用不方便。國際單位制SI制或MKS制實用單位CGS制工程上使用比較方便英美國家通常用CGS制，我國則采用MKS制當(dāng)前第7頁\共有101頁\編于星期日\23點無外磁場作用下特點有外磁場作用下的特點磁化(Magnetization)當(dāng)前第8頁\共有101頁\編于星期日\23點小磁針放在磁鐵附近，在磁力的作用下的表現(xiàn)。磁力線，磁感應(yīng)線，磁通線表示磁場；并不真正存在這些線條，也沒有物理量在這些線條上流動，只是為了表達(dá)。磁場的表達(dá)當(dāng)前第9頁\共有101頁\編于星期日\23點載流導(dǎo)體周圍有磁場，說明下列問題:理解磁現(xiàn)象的時候，千萬別忘記。能量、時間和場地三個要素。A.電流產(chǎn)生磁場；B.電流被磁場包圍。如果將載流導(dǎo)體或運動電荷搬到磁場中，導(dǎo)體受到作用力，克服作用力移動則要做功，而做功需要能量，能量變化需要場地和時間。1.1電流與磁場當(dāng)前第10頁\共有101頁\編于星期日\23點磁場是電流產(chǎn)生的，而電流總是被磁場所包圍。右手定則安培定則，右手定則

(a)單根載流導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(b)螺線管電流產(chǎn)生的磁場當(dāng)前第11頁\共有101頁\編于星期日\23點等磁位線磁場最強處這種導(dǎo)線是傳輸電能的導(dǎo)線，其中一個是正線，另一根是負(fù)線。由這個圖你能想到什么？+當(dāng)前第12頁\共有101頁\編于星期日\23點空心線圈磁場。每根導(dǎo)線單個的磁場在線圈內(nèi)疊加產(chǎn)生高度集中和磁力線流暢的磁場。磁場最強的地方和磁場最弱的地方？中心部位磁場最強，線圈內(nèi)的磁場能量密度高。線圈以外磁場最弱，還存儲相當(dāng)大的能量，原因是體積擴(kuò)展到無限大。當(dāng)前第13頁\共有101頁\編于星期日\23點(1)磁感應(yīng)密度B(fluxdensity)用單位長度的導(dǎo)線，放在均勻的磁場中，通過單位電流所受到的力的大小表示磁場的強弱，磁感應(yīng)強度。磁場內(nèi)某點磁場強弱和方向的物理量左手定則判斷方向單位：特斯拉T國際單位（SI）制高斯GS電磁單位（CGSM）制1.2

電磁基本定律當(dāng)前第14頁\共有101頁\編于星期日\23點一根1米長通有1A的導(dǎo)體放在1特斯拉的磁場中受到的電磁力為1牛頓。要研究磁感應(yīng)強度的單位要從源頭分析“力”1特斯拉=1牛頓/(安培米)（國際單位制，SI）1高斯=1克/(安培厘米)(厘米克秒制，CGS)1T=10000GS(思考一下？)1特斯拉的定義當(dāng)前第15頁\共有101頁\編于星期日\23點垂直通過一個截面的磁力線總量稱為該截面的磁通量，簡稱磁通，用Φ表示。

(2)磁通Φ(flux)Flux:磁通通過單元截面積的磁通法線與B的夾角磁通是標(biāo)量當(dāng)前第16頁\共有101頁\編于星期日\23點單位：韋伯，Wb簡稱韋SI制麥克斯韋，Mx簡稱麥CGSM制

1韋＝108麥在一般磁芯變壓器和電感中，給定結(jié)構(gòu)磁芯截面上，或端面積相等的氣隙端面間的磁場基本上是均勻的，磁通可表示為均勻磁場中的磁通當(dāng)前第17頁\共有101頁\編于星期日\23點磁密單位Ｂ：牛頓／(安米)面積單位Ａ：平方米磁通單位：１牛頓米／安，用韋伯Ｗb表示。磁通就是磁力線的數(shù)量。磁通單位換算當(dāng)前第18頁\共有101頁\編于星期日\23點國際單位制：MKS米千克秒制實用單位：CGS厘米克秒制間的換算當(dāng)前第19頁\共有101頁\編于星期日\23點（3）磁導(dǎo)率μ和磁場強度(H)磁場中引入μ，解決磁場強度H和磁感應(yīng)密度B的數(shù)量關(guān)系，表示磁場媒介對磁的固有特性的物理量。電路中的電壓和電流的關(guān)系，為了描關(guān)系，引入電阻R，表示導(dǎo)體對電荷固性的物理量。當(dāng)前第20頁\共有101頁\編于星期日\23點1)磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率()電流在不同的介質(zhì)中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度B是不同的,用系數(shù)來表征物質(zhì)導(dǎo)磁能力。真空中的磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率當(dāng)前第21頁\共有101頁\編于星期日\23點2）磁場強度H在任何介質(zhì)中，磁場中某點的B與該點的的比值定義為該點的磁場強度H，即磁場強度是矢量單位：安/米 SI制 奧斯特Oe

CGSM制注意定義的描述當(dāng)前第22頁\共有101頁\編于星期日\23點所謂某點磁場強度H大小，并不代表該點磁場的強弱，代表磁場強弱的是磁感應(yīng)強度B。引入H主要為了便于磁場的分析計算在不同的介質(zhì)中，由于磁導(dǎo)率不一樣，H在邊界處發(fā)生突變。當(dāng)前第23頁\共有101頁\編于星期日\23點1、磁場強度H與媒介無關(guān)2、磁場強度H只與產(chǎn)生它的電流有關(guān)。3、相同的電流在不同的媒介中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度B不同,而磁場強度H一樣,揭示材料的導(dǎo)磁能力。用值表示材料的導(dǎo)磁性能關(guān)于磁通的幾個定理磁場強度與媒介有關(guān)系嗎?當(dāng)前第24頁\共有101頁\編于星期日\23點在磁場中任意一個封閉曲面內(nèi)，磁感應(yīng)強度向量的面積積分恒等于零。磁場中的高斯定理(4)磁通連續(xù)性定理即高斯定理A截面沿紅線切割當(dāng)前第25頁\共有101頁\編于星期日\23點(5)安培環(huán)路定理:全電流定理電流I與磁場強度H有密切的關(guān)系，用安培環(huán)路定理，解決了它們之間的數(shù)量關(guān)系。

電流產(chǎn)生的磁場中，矢量H沿任意閉合曲線的積分等于閉合曲線所包圍的所有電流的代數(shù)和，當(dāng)前第26頁\共有101頁\編于星期日\23點磁場中A點附近沿曲線微距離矢量磁場中某點A處的磁場強度之間的夾角與閉合曲線所包圍的電流代數(shù)和當(dāng)前第27頁\共有101頁\編于星期日\23點a）環(huán)形均勻介質(zhì)的磁場強度當(dāng)前第28頁\共有101頁\編于星期日\23點磁場強度最大值點Ib)單導(dǎo)線的磁場當(dāng)前第29頁\共有101頁\編于星期日\23點c)電流相反方向?qū)Ь€間磁場當(dāng)前第30頁\共有101頁\編于星期日\23點磁場強度的變化規(guī)律d)變壓器線圈間磁場當(dāng)前第31頁\共有101頁\編于星期日\23點（1）國際單位制:磁場強度單位:安/米，A/m；（2）CGS制:奧斯特即安/厘米；簡稱Oe。d)磁場強度單位的研究當(dāng)前第32頁\共有101頁\編于星期日\23點磁通即伏秒面積e)的單位的推導(dǎo)當(dāng)前第33頁\共有101頁\編于星期日\23點三種典型波形的伏秒面積只有正弦波才能面積積分歸零當(dāng)前第34頁\共有101頁\編于星期日\23點真空的磁導(dǎo)率用CGS制表示為1，道明了奧斯特的意義。單位換算當(dāng)前第35頁\共有101頁\編于星期日\23點法拉第電磁感應(yīng)定律楞次定律研究方法:實驗方法，抓住磁通變化這個核心問題討論。觀察條形磁鐵接近和離開線圈的同時，電流指針的變化情況。(6)電磁感應(yīng)定律當(dāng)前第36頁\共有101頁\編于星期日\23點當(dāng)前第37頁\共有101頁\編于星期日\23點公式表明:單匝線圈匝鏈的磁通在1秒內(nèi)變化1Wb時，線圈端電壓為1V。單匝線圈N匝線圈磁鏈當(dāng)前第38頁\共有101頁\編于星期日\23點感生電流總是試圖維持原磁通不變，這就是楞次定律。1、解決了感應(yīng)電動勢與磁通變化率之間的關(guān)系，并沒有說明感應(yīng)電動勢的方向。2、描述感應(yīng)電動勢方向的是楞次定律，描述如下：法拉第電磁感應(yīng)定律1、磁場的慣性定律2、維持不變就是阻礙變化楞次定律的其它理解當(dāng)前第39頁\共有101頁\編于星期日\23點電流產(chǎn)生磁場，載流導(dǎo)體在磁場中受力，有力就會產(chǎn)生運動，有運動就要做功，要做功就必須有能量，有能量就要有儲存的地方，移動能量需要時間和場地，就會引起狀態(tài)的改變。(7)電磁能量關(guān)系當(dāng)前第40頁\共有101頁\編于星期日\23點根據(jù)電磁感應(yīng)定律有線圈中磁通增長相應(yīng)的磁化電流為：電路輸入到磁場的能量為：電路輸入到磁場的能量當(dāng)前第41頁\共有101頁\編于星期日\23點再經(jīng)過時間t,線圈中磁場達(dá)到了B存儲在磁場中的能量：磁能積單位體積的磁場能量是磁場強度與磁感應(yīng)強度乘積的1/2。磁能積當(dāng)前第42頁\共有101頁\編于星期日\23點通入的電流電壓波形示意圖磁環(huán)的磁化特性曲線當(dāng)前第43頁\共有101頁\編于星期日\23點輸入條件求磁芯中存儲的能量例題解磁芯中的平均磁場強度磁芯的體積磁芯中存儲的能量當(dāng)前第44頁\共有101頁\編于星期日\23點2、磁場用磁力線形象描述。磁力線是無頭無尾的光滑曲線，其切線方向表示磁場方向。在磁鐵內(nèi)部，磁力線是由南極指向北極；而在外部是由北極指向南極。1、只要有電流，不管是恒定的還是變化的，都會產(chǎn)生磁場。開關(guān)電源中的軟磁材料當(dāng)前第45頁\共有101頁\編于星期日\23點FERROXCUBEFerriteCores鐵氧體磁芯,Bobbins線圈骨架,Hardware,EMISuppressionCoresFerriteCores,Bobbins,Hardware,MPP,HighFlux,TapeWound,KoolMuMAGNETICS鐵氧體軟磁材料美界，美金當(dāng)前第46頁\共有101頁\編于星期日\23點VACUUMSCHMELZENano（納米晶體）crystalline&Amorphous（非晶）CoresandComponents(Chokes：扼流圈）,Transformers,Sensors互感器)MICROMETALSPowderedIronCores德國磁芯材料公司鐵粉芯當(dāng)前第47頁\共有101頁\編于星期日\23點FERRITEINTERNATIONALFerriteCoresEMIsuppressioncores,ferritetoroidsLAIRDTECHNOLOGIESFerriteCores,BobbinsNICERA英資萊爾德科技當(dāng)前第48頁\共有101頁\編于星期日\23點磁性材料元件的應(yīng)用當(dāng)前第49頁\共有101頁\編于星期日\23點當(dāng)前第50頁\共有101頁\編于星期日\23點當(dāng)前第51頁\共有101頁\編于星期日\23點共模濾波器當(dāng)前第52頁\共有101頁\編于星期日\23點市售各種規(guī)格的磁芯當(dāng)前第53頁\共有101頁\編于星期日\23點以鐵氧體為例說明廠家提供的設(shè)計數(shù)據(jù)當(dāng)前第54頁\共有101頁\編于星期日\23點當(dāng)前第55頁\共有101頁\編于星期日\23點磁性材料通常有7條曲線描述當(dāng)前第56頁\共有101頁\編于星期日\23點當(dāng)前第57頁\共有101頁\編于星期日\23點開關(guān)電源中的軟磁材料廠家手冊中給出的許多個關(guān)鍵參數(shù)當(dāng)前第58頁\共有101頁\編于星期日\23點6、相對磁導(dǎo)率1、初始磁導(dǎo)率Initialpermeabilityrelativelypermeability與磁化特性曲線有關(guān)的參數(shù)4、幅值磁導(dǎo)率amplitudepermeabilityincrementalpermeability3、增量磁導(dǎo)率5、絕對磁導(dǎo)率absolutelypermeabilitycomplexpermeability7、復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率2、有效磁導(dǎo)率effectivepermeability當(dāng)前第59頁\共有101頁\編于星期日\23點8、飽和磁通密度Saturationmagneticfluxdensity9、剩余磁通密度Residualmagneticfluxdensity10、矯頑力Coercivity當(dāng)前第60頁\共有101頁\編于星期日\23點11、損耗因數(shù)12、比損耗因素13、品質(zhì)因素LossfactorRelativelossfactorQualityfactor14、磁滯損耗常數(shù)hysteresismaterialconstant與損耗相關(guān)的參數(shù)當(dāng)前第61頁\共有101頁\編于星期日\23點16、居里溫度17、減落因數(shù)CurietemperatureDis-accommodationfactor15、相對溫度系數(shù)Relativetemperaturecoefficient與溫度相關(guān)的參數(shù)當(dāng)前第62頁\共有101頁\編于星期日\23點19、電阻率21、電感因數(shù)ElectricalresistivityInductancecoefficient其他參數(shù)18、磁導(dǎo)率的時間減落因數(shù)Dis-accommodationfactor當(dāng)前第63頁\共有101頁\編于星期日\23點1、初始磁導(dǎo)率磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率()電流在不同的介質(zhì)中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度B是不同的,用系數(shù)來表征物質(zhì)導(dǎo)磁能力。真空中的磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率空氣、銅、鋁和絕緣材料等非磁性材料的磁導(dǎo)率和真空磁導(dǎo)率大致相同。鐵、鈷、鎳等鐵磁材料及其合金的磁導(dǎo)率都比空氣大10-105倍，用相對磁導(dǎo)率表示。當(dāng)前第64頁\共有101頁\編于星期日\23點手冊上提供的參數(shù)是初始磁導(dǎo)率，影響因素是溫度和頻率。當(dāng)激勵磁場趨近零時的磁導(dǎo)率稱為初始磁導(dǎo)率DINIEC401中規(guī)定軟磁鐵氧體的初始磁導(dǎo)率的測試條件一般規(guī)定材料樣件是環(huán)形的閉合磁路當(dāng)前第65頁\共有101頁\編于星期日\23點溫度升高導(dǎo)磁性能變好，但過高就飽和了。變壓器應(yīng)防止高溫飽和。產(chǎn)品的初始磁導(dǎo)率當(dāng)前第66頁\共有101頁\編于星期日\23點各種材料的初始磁導(dǎo)率隨溫度變化曲線當(dāng)前第67頁\共有101頁\編于星期日\23點工程上簡化計算，生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品出廠前幫助使用者計算好某些參數(shù)。2、有效磁導(dǎo)率做電感的磁芯采用低磁導(dǎo)率環(huán)形磁芯或采用開有空氣隙的高磁導(dǎo)率磁芯。因此用有效磁導(dǎo)率表征磁芯的性能。需要重點研究帶有空氣隙的高磁導(dǎo)率磁芯的等效磁導(dǎo)率當(dāng)前第68頁\共有101頁\編于星期日\23點對于各種牌號磁芯和外形尺寸的有效磁導(dǎo)率當(dāng)前第69頁\共有101頁\編于星期日\23點帶有氣隙的環(huán)形磁芯的有效磁導(dǎo)率忽略邊緣磁通或稱散磁通舉例說明當(dāng)前第70頁\共有101頁\編于星期日\23點有效磁導(dǎo)率磁芯帶氣隙后，等效的磁導(dǎo)率降低了?？梢院雎?？當(dāng)前第71頁\共有101頁\編于星期日\23點線性度好剩磁感應(yīng)Br大大下降，對單向磁化非常重要。如果則：等效的氣隙磁場強度為什么要用有效磁導(dǎo)率？當(dāng)前第72頁\共有101頁\編于星期日\23點為什么要用有效磁導(dǎo)率？對于不同氣隙的磁芯和不同形狀的磁芯為了簡化計算，常用有效磁導(dǎo)率計算電感，廠家有時還把1匝或100匝或1000匝的電感量算好，這個值稱為電感因數(shù)AL。當(dāng)需要計算N匝的電感量時就簡單地用公式計算就可以了。有關(guān)電感因數(shù)的問題后面會談到。當(dāng)前第73頁\共有101頁\編于星期日\23點如果交流分量與直流分量比較,小到可以忽略不計,則增量磁導(dǎo)率稱為可逆磁導(dǎo)率.影響因素:直流磁場的大小,磁心的幾何尺寸形狀溫度.在一個直流磁場上疊加一個交流磁場時,交流分量的磁導(dǎo)率即為增量磁導(dǎo)率。3、增量磁導(dǎo)率定義當(dāng)前第74頁\共有101頁\編于星期日\23點幅值磁導(dǎo)率與峰值磁場強度有關(guān)4、幅值磁導(dǎo)率沒有直流偏置時,相應(yīng)的磁通密度幅值與交變磁場強度的幅值的比值稱為幅值磁導(dǎo)率。峰值：peak幅度：amplitude正溫度系數(shù)當(dāng)前第75頁\共有101頁\編于星期日\23點一組材料的幅值磁導(dǎo)率當(dāng)前第76頁\共有101頁\編于星期日\23點8、飽和磁通密度9、剩余磁通密度10、矯頑力(a)鐵磁材料未磁化時磁疇的排列；(b)鐵磁材料被磁化時磁疇的排列。描述關(guān)系如何表達(dá)材料的磁化特性呢？當(dāng)前第77頁\共有101頁\編于星期日\23點沒有磁化排列雜亂無序外磁場較弱，開始磁化，磁疇可以”彈性”轉(zhuǎn)動，可退回到a點，可逆。磁性材料的磁化曲線磁性物質(zhì)磁化過程和初始磁化曲線當(dāng)前第78頁\共有101頁\編于星期日\23點1、過程不可逆,是剛性轉(zhuǎn)動2、磁疇趨向外磁場方向3、曲線放大后呈階梯狀1、基本上全部磁化，增加H，B不再增加；2、稱為“飽和”3、不可逆當(dāng)前第79頁\共有101頁\編于星期日\23點真空磁導(dǎo)率磁化強度虛線是誰的？鐵磁物質(zhì)的磁化特性曲線當(dāng)前第80頁\共有101頁\編于星期日\23點矯頑力剩磁飽和磁感應(yīng)強度Bs磁感應(yīng)強度B的改變滯后于磁場強度H的改變稱為磁滯現(xiàn)象。磁化曲線的不重合性稱為磁化不可逆性。反向飽和磁感應(yīng)強度Bs剩磁矯頑力飽和磁滯回線和基本參數(shù)當(dāng)前第81頁\共有101頁\編于星期日\23點鐵磁物質(zhì)磁化到飽和后，又將磁場強度下降到零時，鐵磁物質(zhì)中殘留的磁感應(yīng)強度，即為Br。鐵磁物質(zhì)磁化到飽和后，由于磁滯現(xiàn)象，要使磁介質(zhì)中的B為零，須有一定的反向磁場強度-H，此磁場強度稱為矯頑磁力Hc.最大磁滯回線飽和磁滯回線磁化曲線上幾個關(guān)鍵參數(shù)剩磁矯頑力當(dāng)前第82頁\共有101頁\編于星期日\23點去磁的方法用高頻磁場對材料磁化，并逐漸減少磁場強度H到0；將溫度加到居里溫度以上即可去磁應(yīng)用？注意：材料的磁化曲線是環(huán)形等截面試樣件，各種磁芯型號盡管磁芯材料與試樣件相同，但磁化特性因結(jié)構(gòu)形狀不同而不同。當(dāng)前第83頁\共有101頁\編于星期日\23點11、損耗因數(shù)12、比損耗因素13、品質(zhì)因素LossfactorRelativelossfactorQualityfactor14、磁滯損耗常數(shù)hysteresismaterialconstant與損耗相關(guān)的參數(shù)15、磁芯功率損耗密度（比鐵芯損耗）corelossPc當(dāng)前第84頁\共有101頁\編于星期日\23點11、損耗因數(shù)ThehysteresislossfactorTheeddycurrentlossfactorTheresiduallossfactor渦流損耗磁滯損耗剩余損耗這些損耗是有功功率，引起電感的電流和電壓相移稱為損耗角，用損耗因數(shù)表示。式中R就是這三種損耗的等效電阻。當(dāng)前第85頁\共有101頁\編于星期日\23點磁芯損耗與工作頻率的關(guān)系曲線剩余損耗磁滯損耗渦流損耗當(dāng)前第86頁\共有101頁\編于星期日\23點12、比損耗因數(shù)Relativelossfactor開有氣隙磁芯的比損耗因數(shù)低磁密，磁滯損耗小的磁芯，主要是渦流損耗和剩余損耗。把鐵芯損耗表示為與材料特性有關(guān)而與磁導(dǎo)率無關(guān)的參數(shù)，更具有代表性。當(dāng)前第87頁\共有101頁\編于星期日\23點(比損耗因數(shù))相對損耗因數(shù)與頻率的關(guān)系當(dāng)前第88頁\共有101頁\編于星期日\23點13、品質(zhì)因素Q損耗因數(shù)的倒數(shù)考慮了鐵芯和繞組交流電阻的等效總電阻當(dāng)前第89頁\共有101頁\編于星期日\23