开关电源中的磁性材料

磁珠在开关电源上的主要作用第一篇：磁珠在开关电源上的主要作用磁珠在开关电源上的主要作用铁氧体电磁干扰抑制元件铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。

它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。

电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料，许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。

这种材料的特点是高频损耗非常大。

对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率μ和饱和磁通密度Bs。

磁导率μ可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。

因此，它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，L和R都是频率的函数。

当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。

在低频段，阻抗由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制；并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感，这种电感容易造成谐振因此在低频段，有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。

在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小。

但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。

铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。

如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元件，就可以滤除高频干扰。

铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰，它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。

磁珠的原理和特性当电流流过其中心孔中的导线时，便会是磁珠内部产生循环流动的磁道。

用于EMI控制的铁氧体配制时，应当可以把大部分磁通作为材料中的热散掉。

这个现象可以由一个电感器和一个电阻器的串联组合来模拟。

如图2所示两个元件的数值大小与磁珠的长度成正比，而且磁珠的长度对抑制效果有明显影响，磁珠长度越长抑制效果越好。

一). 粉芯类1. 磁粉芯磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。

由于铁磁性颗粒很小（高频下使用的为0.5~5微米），又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。

主要用于高频电感。

磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。

常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。

磁芯的有效磁导率me及电感的计算公式为： me = DL/4N2S ´ 109其中： D为磁芯平均直径（cm），L为电感量（享），N为绕线匝数，S为磁芯有效截面积（cm2）。

(1). 铁粉芯常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。

在粉芯中价格最低。

饱和磁感应强度值在1.4T左右；磁导率范围从22~100; 初始磁导率mi随频率的变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高。

(2). 坡莫合金粉芯坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯(MPP)及高磁通量粉芯(High Flux)。

MPP是由81%Ni, 2%Mo, 及Fe粉构成。

主要特点是: 饱和磁感应强度值在7500Gs左右；磁导率范围大，从14~550; 在粉末磁芯中具有最低的损耗；温度稳定性极佳，广泛用于太空设备、露天设备等；磁致伸缩系数接近零，在不同的频率下工作时无噪声产生。

主要应用于300KHz以下的高品质因素Q滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高的LC电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等, 在AC电路中常用, 粉芯中价格最贵。

高磁通粉芯HF是由50%Ni, 50%Fe粉构成。

主要特点是: 饱和磁感应强度值在15000Gs左右；磁导率范围从14~160; 在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度，最高的直流偏压能力；磁芯体积小。

开关电源的输入EMI差模电感磁芯材料引言开关电源是一种常见的电源应用，其设计和使用中需要考虑电磁干扰（EMI）的问题。

差模电感是开关电源中重要的组成部分，其磁芯材料的选择对EMI性能有着重要的影响。

本文将深入探讨开关电源的输入EMI差模电感磁芯材料的选择与应用。

差模电感的作用差模电感是开关电源中的滤波元件，主要作用有： 1. 过滤高频噪声：差模电感可以阻隔高频噪声，提高开关电源的抗干扰能力。

2. 平滑输出电流：差模电感能够减小开关电源输出的纹波电流，提高电源的稳定性和效率。

差模电感的结构和特点差模电感一般由磁芯、线圈和外壳组成。

其结构特点包括： 1. 磁芯材料：磁芯材料是差模电感的核心组成部分，决定了其电磁性能。

2. 线圈：线圈是差模电感的导电元件，同时也是差模电感电感值的决定因素。

3. 外壳：外壳对差模电感的屏蔽性能和机械强度有着重要影响。

磁芯材料的选择不同的磁芯材料具有不同的磁性能和电磁性能，对差模电感的EMI性能有着直接的影响。

常见的磁芯材料包括： 1. 铁氧体（Ferrite）：铁氧体是一种性能稳定、价格相对便宜的磁芯材料。

在高频范围内的磁导率较低，适用于高频开关电源的差模电感。

2. 铁氟龙氧体（Powder Iron）：铁氟龙氧体磁芯具有较高的饱和磁感应强度和磁导率，适用于高功率开关电源的差模电感。

3. 磁性不锈钢（MPP）：磁性不锈钢磁芯具有较高的饱和磁感应强度和磁导率，同时具有良好的磁滞特性和稳定的温度性能，适用于高性能开关电源的差模电感。

磁芯材料的性能参数对于差模电感的磁芯材料，我们需要关注以下几个重要的性能参数： 1. 饱和磁感应强度（Bs）：材料能承受的最大磁感应强度。

影响差模电感的磁能存储能力和工作点的选择。

2. 相对磁导率（μr）：材料相对于真空中的磁导率。

决定了磁芯中的磁感应强度和磁场能量的关系。

3. 硬磁饱和（Hcs）：材料达到饱和磁感应强度所需的磁场强度。

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。

磁性材料和磁路基本定律一、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Ac —cm2（截面积） MPL —cm （磁通的有效长度Magnetic Path Length ）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Load280.410()c e N A L H MPLπμ-⨯=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。

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。

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——磁导率减小例如：环形线圈如图，其中媒质是均匀的， 试计算线圈内部各点的磁场强度。

取磁通作为闭合回线，以 其 方向作为回线的围绕方向，则有：故有：线圈匝数与电流的乘积NI ，称为磁通势，用字母 F 表示，则有 F = NI磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安[培]。

相应点的磁感应强度为 由上例可见,磁场内某点的磁场强度 H 只与电流大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关 与磁场媒质的磁性(μ) 无关；而磁感应强度 B 与磁场媒质的磁性有关。

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。

开关电源各磁性元器件的分布参数开关电源是一种能够将电源输入的直流电转换为经过开关管开关调制后的高频方波电流输出的电源。

开关电源中常使用到的磁性元器件包括变压器、电感器、磁环和补偿电感等。

本文将分别介绍这些磁性元器件的分布参数，包括互感系数、漏感系数、品质因数和饱和电感等。

1.变压器：变压器是开关电源中最常见的磁性元器件之一，其主要用于实现电压变换、隔离和电流控制等功能。

变压器的互感系数（k）是衡量一组线圈中能够转移能量的比例，k的范围通常在0.8到1之间。

当变压器的一端开路时，另一端的电流不能完全传导到另一线圈，形成了漏感。

漏感系数（k_m）是分析变压器性能的重要参数，其数值范围一般在0.03到0.3之间。

同时，变压器的品质因数（Q）是描述其在工作频率下的能量传输效率的指标，其数值越大，表示能量传输越高效。

2.电感器：电感器是通过感应磁场来储存和释放电能的元件。

开关电源中使用到的电感器主要包括电感线圈、磁环和电感峰值等。

电感线圈的主要参数是饱和电感（L_s）和功率损耗（R_s）。

饱和电感是在给定电流下，电感线圈中储存的能量的最大值。

功率损耗是电感器在工作时由于电阻而产生的能量损耗。

磁环是一种通过改变线圈的电流来调整电感器参数的设备。

3.磁环：磁环是用于储存和调整磁场能量的一种磁性材料。

在开关电源中，磁环主要用于调整电感器的感应能量。

磁环的厚度、面积和抗磁饱和能力等是影响其性能的重要参数。

4.补偿电感：开关电源中的补偿电感用于实现对电源端电感的变化进行补偿，从而提高系统的稳定性和效率。

补偿电感的主要参数是补偿比（R_c），它是补偿电感的导磁性能与电源端电感的比值。

当补偿比为1时，表示补偿电感和电源端电感的导磁性能相等。

综上所述，开关电源中的磁性元器件包括变压器、电感器、磁环和补偿电感等，它们都具有不同的分布参数。

了解和掌握这些分布参数有助于正确选择磁性元器件，优化开关电源的性能和效率。

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。

开关电源磁芯材料的基本参数1.磁导率磁导率是磁场在材料中传播时的能力。

它是一个描述磁场在材料中传递程度的物理量。

磁导率决定了材料对磁场的响应程度，是评价磁芯材料性能的重要指标之一、磁导率越高，材料对磁场的响应越好，磁芯效率也越高。

常见的磁芯材料磁导率范围为10至10,000。

2.剩磁剩磁是指当外部磁场作用于材料后，材料中仍存在的磁感应强度。

剩磁越高，代表材料中存在的磁场越强，也就是说材料有更高的磁化程度。

剩磁的存在对于开关电源来说是不利的，因为在转换器的开关过程中，如果芯材中有较高的磁场，可能会导致不必要的能量损耗和电流噪声。

3.矫顽力矫顽力是描述磁芯材料磁化所需的外部磁场强度。

矫顽力越高，材料的抗磁化程度越强。

高矫顽力可以帮助磁芯材料更快地达到磁化状态，从而提高磁芯的工作效率和稳定性。

矫顽力也可以用来描述磁芯材料的回磁能力，即当磁场消失时，磁芯对磁化的保持能力。

除了上述基本参数，还有其他一些重要的指标需要考虑，如饱和磁感应强度、温度特性和损耗功率等。

饱和磁感应强度是指磁芯材料达到饱和磁化状态时的磁感应强度。

当外部磁场的强度超过材料的饱和磁感应强度时，磁芯将无法继续磁化，从而影响磁芯材料的工作效果。

温度特性是指磁芯材料的磁性能随温度变化的特性。

温度对磁性能有很大影响，所以磁芯材料应具有良好的温度稳定性，以确保开关电源在不同温度下的稳定工作。

损耗功率是指开关电源在磁芯材料中通过的能量损耗。

磁芯材料应具有较低的损耗功率，以提高开关电源的效率。

总之，在选择开关电源磁芯材料时，需要综合考虑其磁导率、剩磁、矫顽力、饱和磁感应强度、温度特性和损耗功率等基本参数，以保证开关电源的性能和效率。