高频变压器设计时选择磁芯的两种方法

正激反激式双端开关电源高频变压器设计详解高频变压器作为电源电子设备中的重要组成部分，起到了将输入电压进行变换的作用。

根据不同的使用环境和要求，电源电路中的电感元件可分为正激式、反激式和双端开关电源。

下面就分别对这三种电源的高频变压器设计进行详解。

1.正激式电源变压器设计正激式电源变压器是将输入电压通过矩形波进行激励的一种变压器。

其基本结构包括主磁线圈和副磁线圈两部分，主磁线圈用来耦合能量，副磁线圈用来提供输出电压。

正激式电源变压器的设计主要有以下几个步骤：(1)确定主磁线圈的匝数和磁芯的截面积：根据输入电压和电流来确定主磁线圈的匝数，根据输出电压和电流来确定磁芯的截面积。

(2)计算主磁线圈的电感：根据主磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。

(3)选择磁芯材料：磁芯材料的选择要考虑其导磁性能和能量损耗等因素。

(4)确定副磁线圈的匝数：根据主磁线圈的输入电压和输出电压的变换比例来计算副磁线圈的匝数。

(5)计算副磁线圈的电感：根据副磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。

(6)确定绕线方式和结构：根据磁芯的形状和结构来确定绕线方式和结构。

2.反激式电源变压器设计反激式电源变压器是通过反馈控制来实现变压的一种变压器。

其基本结构包括主磁线圈、副磁线圈和反馈元件等。

反激式电源变压器的设计主要有以下几个步骤：(1)确定主磁线圈的匝数和磁芯的截面积：根据输入电压和电流来确定主磁线圈的匝数，根据输出电压和电流来确定磁芯的截面积。

(2)计算主磁线圈的电感：根据主磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。

(3)选择磁芯材料：磁芯材料的选择要考虑其导磁性能和能量损耗等因素。

(4)确定副磁线圈的匝数：根据主磁线圈的输入电压和输出电压的变换比例来计算副磁线圈的匝数。

(5)计算副磁线圈的电感：根据副磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。

(6)确定绕线方式和结构：根据磁芯的形状和结构来确定绕线方式和结构。

(7)选择合适的反馈元件：根据反馈控制的需要来选择合适的反馈元件，并设计合适的反馈回路。

浅谈高频变压器磁芯的选用如何选型高频变压器磁芯的选用是变压器设计中非常重要的一环，直接影响了变压器的性能和效率。

选用合适的磁芯可以提高变压器的能量转换效率、降低功率损耗、增加功率密度等。

在选择高频变压器磁芯时，需要考虑以下几个关键因素：1.磁导率：磁导率是磁芯材料的一个重要参数，它反映了磁芯对磁场的导磁能力。

选择具有较高磁导率的磁芯能够提高能量传输效率。

目前常用的高频变压器磁芯材料包括铁氧体、磁性不锈钢、钴铁和镍铁合金等。

不同磁芯材料的磁导率各有差异，需要根据具体的设计要求和性能指标进行选择。

2.饱和磁场强度：饱和磁场强度是指材料的磁场强度达到一定程度时，磁化强度不再增加的临界值。

选择具有较高饱和磁场强度的磁芯可以提高变压器的能量转换效率和输出功率。

一般来说，磁导率越高的磁芯，其饱和磁场强度也较高。

3.损耗：磁芯材料的损耗是选择磁芯时需要考虑的另一个重要因素。

高频变压器在工作过程中会产生一定的涡流损耗和磁滞损耗。

较低的损耗能够提高变压器的效率和功率密度。

一般来说，铁氧体材料具有较低的涡流损耗和磁滞损耗，因此在高频变压器中应用较为广泛。

4.成本和可获性：在选用磁芯时，还需要考虑材料的成本和可获性。

一些高性能的磁芯材料可能价格较高或难以获得，而一些常见的磁芯材料则价格比较低廉。

因此，需要在高性能和经济性之间进行权衡，选择适合的磁芯材料。

5.尺寸和形状：磁芯的尺寸和形状也是选择磁芯时需要考虑的因素。

变压器磁芯的尺寸和形状会直接影响变压器的体积、重量和功率密度等。

因此，在设计变压器时需要综合考虑磁芯的尺寸和形状，以满足实际需求。

综上所述，高频变压器磁芯的选用是一个综合考虑磁导率、饱和磁场强度、损耗、成本和可获性、尺寸和形状等多个因素的过程。

通过合理选择磁芯材料和形状，可以提高高频变压器的性能和效率，满足不同的设计要求和性能指标。

高频变压器设计规范目录1.目的 (2)2.适用范围 (2)3.引用/参考标准或资料 (2)4.术语及其定义 (2)5.规范要求 (2)6.附录 (12)1.目的为了实现高频变压器设计的标准化，为我司工程师在设计变压器过程中提供参考，特制订此规范。

2.适用范围本规范适用于公司所有正激变压器及反激变压器的设计。

3.引用/参考标准或资料无。

4.术语及其定义正激变压器：因其初级线圈被直流电压激励时，次级线圈正好有功率输出而得名。

反激变压器：又称单端反激式变压器或Buck-Boost转换器。

因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量故而得名。

5.规范要求5.1高频变压器磁芯材料与几何机构在大多数开关电源的高频变压器中，常用的软磁材料有铁氧体，铁粉芯，恒导合金，非晶态合金及硅钢片。

主要应用软磁材料四个特性：磁导率高、矫顽力小及磁滞回线狭窄、电阻率高、具有较高饱和磁感应强度。

现我司高频变压器通常采用锰锌铁氧体材料。

磁芯厂家都生产了一系列不同材质的磁芯，各厂家有自己的命名规范。

以常用的PC40（TDK命名规范）材质为例，东磁表示为DMR40，天通则表示为TP4，实际性能差异几乎可忽略不计。

通常我们关注的磁芯参数主要有初始磁导率，饱和磁通密度Bs，剩磁Br，矫顽力Hc，功耗Pv，居里温度Tc，在高频变压器的设计以及日后应用过程中，这些参数往往起到非常重要的作用。

图1所示各种磁芯的几何形状有EE型、ETD型、PQ型等多种。

EE型、ETD型、PQ型也是我司高频变压器设计时通常采用的磁芯结构。

每种规格磁芯对应多种尺寸可供选择。

一般每种类型及尺寸的磁芯，其对应的骨架是一定的，变动一般在于pin数和pin针间距的不同，设计者可根据实际应用需求选择，也可以联系骨架厂商进行开模定制。

图5.1 各种几何结构的变压器磁芯图1 磁芯的几何形状5.2高频变压器常用材料介绍上节主要介绍了高频变压器的磁芯特性及结构，除此以外，要构成一个完整的高频变压器，主要材料还有：导线材料，压敏胶带，骨架材料。

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。

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。

MAGNETICS ：能提供最大的选择余地。

铁氧体磁芯：用于功率变压器和电感器的高频材料（10kHz - 2Mhz），用于电磁干扰滤波器、ISDN变压器和宽带变压器的高磁导率材料（高达15,000µ）；以及用于电信应用的温度稳定材料。

磁粉芯：（钼坡莫合金、高磁通材料和铁硅铝（Kool Mµ®））：用于串联滤波器、输出扼流圈和反激变压器。

带绕磁芯：（带绕磁芯、切割 c 型磁芯、骨架磁芯和叠片式磁芯）用于大功率变压器、音频变压器、磁放大器、接地故障断路器和电流互感器。

频率范围内阻抗很高，所以可抑制高频开关电源产生的高频噪声。

开关电源会产生以下两类噪声：共模和差模。

差模噪声（图1a）的传播途径和输入电流相同。

共模噪声（1b）表现为彼此相等且同相的噪声，其传播途径经绕组与地线相连。

为抑制电磁干扰，典型滤波器应包含共模电感器、差模电感器和X及Y电容器。

Y电容器和共模电感器用于衰减共模噪声。

电感器对高频噪声显示高阻抗，并反射或吸收噪声，同时，电容器成为到地的低阻抗路径，使噪声从主电路中分流出去（图2）。

为了实现以上功能，共模电感器必须在开关频率范围内提供合适的阻抗。

共模电感器由两组匝数相同的绕组构成。

这两个绕组使每个绕组中的线路电流所产生的磁通大小相等，而相位相反。

所以这两组绕组产生的磁通相互抵消使磁芯处于未偏置状态。

差模电感器仅有一个绕组，磁芯需要承受全部线路电流，并且在工作状态下不能饱和。

所以共模电感器和差模电感器有很大差异。

为防止磁芯饱和，差模电感器磁芯的有效磁导率必须低（间隙铁氧体或磁粉芯）。

但是共模电感器可使用高磁导率材料，并可用较小的磁芯获得非常大的电感。

选择材料开关电源产生的噪声主要位于装置基频处，并包括高次谐波。

也就是说，噪声频谱一般包括10kHz到50MHz之间的部分。

为了提供合适的衰减，电感器阻抗在此频带内必须足够高。

共模电感器的总阻抗有两部分构成，一部分是串联感抗（Xs），另一部分是串联电感（Rs）。

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磁芯材料的选择
（1）高频损耗和饱和磁通密度，三种电感电流和磁通的交变成分大小不同，应区别对待。

①高频交流电感：例如，用于软开关电路中LC 谐振电路的谐振电感，
其特点是，电流只有高频交流成分，没有直流成分，磁通也是双方向磁化，
Bw＝2Bm，Bm 取大时磁心损耗也较大，应适当选取Bm 和选用损耗小的材料。

当选用磁粉心材料时，μ小的损耗也较小。

②直流滤波电感：电感电流以直流电流成分为主，高频交流成分较小，
通常交流成分峰值仅占直流额定电流的20%；高频损耗相对较小。

为了减小体积应选用Bs 较大的磁心材料，如铁粉磁心等。

③储能电感：分为电流连续型（CCM）和不连续型（DCM）两种：连
续型的储能电感如同上述直流滤波电感；不连续型的储能电感的交流电流成分
与直流电流成分相当，高频交流损耗较大，比高频交流电感小些。

（2）电感磁心型式尺寸的选择：电感磁心的尺寸大小与磁场能量大小有关。

对于功率体积设计法，由Aw·Ac来选择，对于调整率体积设计法，由Kd 来选择。

（3）气隙的集中和分散。

电感的磁动势（电流乘以匝数）是全部用来产生
磁通的，为在磁心中产生适当的磁通密度，Bw 可以从两种方案中选择。

①方案一：采用通常高频变压器用的〃值较高的磁心材料（μ值的大小
并不重要），磁路中加适当的集中式气隙（垫纸或纸板），以防止磁通进入饱和
状态；集中气隙的杂散磁场较大。

②方案二：采用低初始磁导率μi；的恒磁导率铁磁粉心环形磁心。

其外
形无气隙，实际上是用来黏合磁粉材料的黏合剂形成许多微小气隙、均匀地分。

高频变压器磁芯al高频变压器磁芯AL高频变压器磁芯是一种用于高频电路的重要组件，它能够提供高效的能量转换和传输功能。

在高频电路中，磁芯的选择和设计对于电路的性能起着决定性的作用。

本文将介绍一种常用的高频变压器磁芯材料——AL。

AL是一种常见的高频变压器磁芯材料，它的全称是铁氧体铝氧化物磁芯。

它由铁氧体和铝氧化物组成，具有良好的磁导率和磁饱和感应强度。

AL磁芯的主要特点是低磁损和低铁损，能够在高频电路中实现高效的能量传输。

高频变压器磁芯的选择对于电路的性能起着至关重要的作用。

首先，磁芯的材料应具有高磁导率和低磁损，以提高能量转换的效率。

AL 磁芯具有较高的磁导率和低磁损，能够满足高频电路的需求。

其次，磁芯应具有足够的磁饱和感应强度，以避免磁饱和现象的发生。

AL 磁芯的磁饱和感应强度较高，能够在高频电路中稳定工作。

此外，磁芯的尺寸和形状也需要根据电路的需求进行选择，以实现最佳的能量传输效果。

在高频变压器磁芯的设计中，除了选择合适的材料外，还需要考虑磁芯的结构和制造工艺。

磁芯的结构应具有良好的磁导性和磁耦合性，以实现高效的能量转换。

常见的磁芯结构包括环形、E形和U形等，不同结构的磁芯适用于不同的电路需求。

制造工艺也对磁芯的性能和稳定性起着重要的影响，需要保证磁芯的尺寸精确和表面光滑，以减小能量损耗和干扰。

高频变压器磁芯的应用广泛，主要用于电力电子设备、通信设备和医疗设备等领域。

在电力电子设备中，高频变压器磁芯能够实现高效的能量转换，提高电路的效率和稳定性。

在通信设备中，高频变压器磁芯能够实现信号的传输和放大，提高通信质量和速度。

在医疗设备中，高频变压器磁芯能够实现信号的采集和处理，提高医疗诊断的准确性和效率。

高频变压器磁芯是一种重要的高频电路组件，它能够提供高效的能量转换和传输功能。

AL磁芯作为一种常用的材料，具有良好的磁导率和磁饱和感应强度，能够满足高频电路的需求。

在磁芯的选择和设计中，需要考虑材料的特性、磁芯的结构和制造工艺，以实现最佳的能量传输效果。

常用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=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。

关于大功率高频变压器的设计设计高频变压器首先应该从磁芯开始。

开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。

磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。

磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。

高的电阻率，则涡流小，铁耗小。

新晨阳电容电感铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。

高频变压器的设计通常采用两种方法[3]：第一种是先求出磁芯窗口面积AW 与磁芯有效截面积Ae的乘积AP（AP=AW×Ae，称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出所需磁性材料之编号；第二种是先求出几何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。

注意：1）设计中，在最大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应达到饱和，以免在大信号时产生失真。

2）在瞬变过程中，高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造成开关管损坏。

同时，输出绕组匝数多，层数多时，应考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。

对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的电容和电感。

单片开关电源高频变压器的设计要点高频变压器是单片开关电源的核心部件，鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性，为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法，可供高频变压器设计人员参考。

单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。

在1994～2001年，国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品，现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。

高频变压器是开关电源中进行能量储存与传输的重要部件，新晨阳电容电感单片开关电源中高频变压器性能的优劣，不仅对电源效率有较大的影响，而且直接关系到电源的其它技术指标和电磁兼容性（EMC）。

高频变压器磁芯的设计原理
1.磁性材料的选择：高频变压器通常使用铁氧体作为磁芯材料。

铁氧体具有高磁导率、低磁导率傅立叶频谱、低铁损耗和低饱和磁感应强度等优点，非常适合高频变压器的使用。

在选择铁氧体材料时，需要考虑其磁导率和损耗特性，以保证变压器的高效工作。

2.磁芯形状和尺寸设计：磁芯的形状和尺寸直接影响变压器的工作性能。

常见的磁芯形状包括E型、I型、U型和EE型等。

选择合适的磁芯形状可以提高磁传导效率和减小漏磁等问题。

此外，磁芯的尺寸也需要根据具体应用的功率和电流大小来确定，以确保变压器的工作稳定性和效率。

3.匝数和绕组设计：磁芯的设计还需要考虑变压器的匝数和绕组。

匝数决定了变压器的变比，而绕组则是将电能从一个线圈传递到另一个线圈的关键部分。

在设计过程中，需要合理选择匝数和绕组的结构，以达到所需的电压转换效果。

4.漏磁和磁交流损耗的抑制：高频变压器在工作过程中会产生漏磁和磁交流损耗，影响变压器的转换效率和稳定性。

为了抑制漏磁和磁损耗，可采取一些措施，如合理布置绕组、增加绕组间隙、使用隔离层等。

5.独立开关电源的设计：高频变压器通常由独立开关电源供电，因此在设计过程中需要考虑电源的功率和稳定性等因素，以确保变压器的正常运行。

总之，高频变压器磁芯的设计原理涉及到磁性材料的选择、磁芯形状和尺寸的设计、匝数和绕组设计、漏磁和磁交流损耗的抑制以及独立开关电源的设计等方面。

通过合理的设计，可以提高变压器的转换效率和稳定性，满足各种应用的需求。

高频变压器设计基础知识高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器，大大减小了逆变器的体积和重量。

在高频链的硬件电路设计中，高频变压器是重要的一环。

设计高频变压器首先应该从磁芯开始。

开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。

磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。

磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。

高的电阻率，则涡流小，铁耗小。

铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。

高频变压器的设计通常采用两种方法：第一种是先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有效截面积Ae的乘积AP（AP=AW×Ae，称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出所需磁性材料之编号；第二种是先求出几何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。

注意：1）设计中，在最大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应达到饱和，以免在大信号时产生失真。

2）在瞬变过程中，高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造成开关管损坏。

同时，输出绕组匝数多，层数多时，应考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。

对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的电容和电感。

单片开关电源高频变压器的设计要点高频变压器是单片开关电源的核心部件，鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性，为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法，可供高频变压器设计人员参考。

单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。

在1994～2001年，国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品，现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。

高频变压器设计时选择磁芯的两种方法变压器 2009-11-26 18:34:27 阅读809 评论1 字号:大中小订阅在高频变压器设计时，首先遇到的问题，便是选择能够满足设计要求和使用要求的磁芯。

通常可以采取下面介绍的两种方法:面积乘积法和几何尺寸参数法。

这两种方法的区别在于:面积乘积法是把导线的电流密度作为设计参数，几何尺寸参数法则是把绕组线圈的损耗，即铜损作为设计参数。

1 面积乘积法这里讲的面积乘积。

是指磁芯的可绕线的窗口面积和磁芯的截面积，这两个面积的乘积。

表示形式为WaAe，有些讲义和书本上简写为Ap，单位为。

根据法拉第定律，我们有:窗口面积利用情况有:KWα=NAw变压器有初级、次级两个绕组。

因此有:KWα=2NAw或0.5KWα=NAw我们知道:Aw=而电流有效值I=Ip得到以下关系式:0.5KWα=即:于是就有如下式:由于:EδIp=Pi 又有: Pi=最后得到如下公式:这个公式适用于单端变压器，如正激式和反激式。

δ,0.5，Bm-T,K-0.3,0.4，η-0.8,0.9,J-A/。

推挽式的公式则为: 半桥式的公式则为:这里的δ,0.5，例如0.8,0.9。

单端变压器如正激式和反激式:Bm=?B=Bs-Br。

双端变压器如推挽式、半桥式和桥式:Bm=2Bpk。

全桥式公式与推挽式相同，但δ,0.5，例如0.8,0.9。

在J=400A/，K=0.4，η=0.8，δ=0.4(单端变压器)，δ=0.8(双端变压器)。

公式简化如下:(单端变压器)(推挽式)(半桥式和桥式) 2 几何尺寸参数法这个方法是把绕组线圈的损耗，即铜损作为设计参数。

因此，公式正是由计算绕组线圈的铜损的公式演变而来的。

变压器有两个绕组这里为初级绕组电阻，为次级绕组电阻。

由于因此每个绕组各占一半窗口面积，全部绕组线圈的铜损的公式:公式简化:变换两个参数的位置，公式变成:初级安匝与次级安匝相等的关系，以及电流有效值同峰值的关系。

高频变压器有哪些常用的磁芯？在高频变压器中经常使用的七中磁芯供大家参考，他们分别是罐型磁芯，RM型磁芯，E型磁芯，EC、ETD和EER型磁芯，PQ型磁心，EP型磁心，环形磁心等，并为大家进行了分析，希望小编总结的能够帮助到大家对于高频变压器的磁芯的选择。

1.罐型磁芯骨架和绕组几乎完全由芯包裹起来，导致在EMI屏蔽效果很好；槽型芯尺寸符合IEC标准，在制造业有很好的互换性；可以提供一个简单的框架（PIN）和PCB安装骨架（销）；由于罐的设计的形状，导致核心和其他类型的大小大于成本；由于它的形状不利于散热，因此不适合在大型电力变压器应用。

2.EP型磁心EP型磁心的圆形中心柱立体形结构，除了与PCB板接触的末端外，完全的把绕组包裹了起来，屏蔽非常好；这种独特的形状最小化了在两片磁心装配时接触面形成的气隙的影响，并且提供了一个更大的体积和总的空间利用率的比例。

3.EC、ETD和EER型磁芯这些类型的磁心结构介于E型和罐型之间。

和E型磁芯一样，他们能提供的足够的空间，导致很大一部分（对于低电压、大电流开关电源现在趋势）；在磁心热的形状也很好；有在中心柱为圆柱形，与相同截面的长方体相比，减少11%的单匝绕组的长度，导致铜损也降低了11%，同时，核心可以提供更高的输出功率；同时中心柱为圆柱形，与矩形中心柱相比，也避免破坏绕组绝缘绕组线问题的矩形边缘和角落的原因。

4.RM型磁芯与罐型相比，切掉了罐型的两个对称的侧面，这样的设计更加有利于散热和引线的尺寸大；和油箱的形状相比，节省约40%的安装空间；骨架无针式针型，可安装一对钳子；RM磁芯可以做成扁平状（现在的平面变压器或直接对磁芯的装配设计印制电路板的绕组）；虽然屏蔽效果不如罐型的好，但是仍然不错。

5.PQ型磁心专为开关电源电感器和变压器的PQ磁芯。

磁芯体积的PQ形状优化设计，表面积和绕面积之间的比率；设计，使最小核心使用提供电感及可能的面积最大化；这样的设计，在最小的变压器体积和重量，最大的输出功率，和占用最小的PCB安装空间；可以使用一对夹子固定；有效截面积的设计也使铁心磁路更均匀，因此磁芯结构也使小于热点等核心结构设计。

高频变压器磁芯如何选型电子变压器在电源技术中的作用,电源技术对电子变压器的要求,电子变压器采用新软磁材料和新磁芯结构对电源技术发展的影响.电子变压器的使用条件,包括两方面内容:可靠性和电磁兼容性.以前只注意可靠性,现在由于环境保护意识增强,必须注意电磁兼容性.可靠性是指在具体的使用条件下,电子变压器能正常工作到使用寿命为止.一般使用条件中对电子变压器影响最大的是环境温度.决定电子变压器受温度影响强度的参数是软磁材料的居里点.软磁材料居里点高,受温度影响小;软磁材料居里点低,对温度变化比较敏感,受温度影响大.例如锰锌铁氧体的居里点只有215,℃比较低,磁通密度、磁导率和损耗都随温度发生变化,除正常温度25℃而外,还要给出60,80,100℃℃℃时的各种参数数据.因此,锰锌铁氧体磁芯的工作温度一般限制在100℃以下,也就是环境温度为40℃时,温升必须低于60.℃钴基非晶合金的居里点为205,℃也低,使用温度也限制在100℃以下.铁基非晶合金的居里点为370,℃可以在150~180℃℃以下使用.高磁导坡莫合金的居里点为460℃至480,℃可以在200~℃250℃以下使用.微晶纳米晶合金的居里点为600,℃取向硅钢居里点为730,℃可以在300~4℃00℃下使用.电磁兼容性是指电子变压器既不产生对外界的电磁干扰,又能承受外界的电磁干扰.电磁干扰包括可听见的音频噪声和听不见的高频噪声.电子变压器产生电磁干扰的主要原因是磁芯的磁致伸缩.磁致伸缩系数大的软磁材料,产生的电磁干扰大.铁基非晶合金的磁致伸缩系数通常为最大(27~30)×10‐6,必须采取减少噪声抑制干扰的措施.高磁导Ni50坡莫合金的磁致伸缩系数为25×10‐6,锰锌铁氧体的磁致伸缩系数为21×10‐6.以上这3种软磁材料属于容易产生电磁干扰的材料,在应用中要注意.3%取向硅钢的磁致伸缩系数为(1~3)×10‐6,微晶纳米晶合金的磁致伸缩系数为(0.5~2)×10‐6.这2种软磁材料属于比较容易产生电磁干扰的材料.6.5%硅钢的磁致伸缩系数为0.1×10‐6,高磁导Ni80坡莫合金的磁致伸缩系数为(0.1~0.5)×10‐6,钴基非晶合金的磁致伸缩系数为0.1×10‐6以下.这3种软磁材料属于不太容易产生电磁干扰的材料.由磁致伸缩产生的电磁干扰的频率一般与电子变压器的工作频率相同.如果有低于或高于工作频率的电磁干扰,那是由其他原因产生的.完成功能电子变压器从功能上区分主要有变压器和电感器2种.特殊元件完成的功能另外讨论.变压器完成的功能有3个:功率传送、电压变换和绝缘隔离.电感器完成功能有2个:功率传送和纹波抑制功率传送有2种方式.第一种是变压器传送方式,即外加在变压器原绕组上的交变电压,在磁芯中产生磁通变化,使副绕组感应电压,加在负载上,从而使电功率从原边传送到副边.传送功率的大小决定于感应电压,也就是决定于单位时间内的磁通密度变量ΔB.ΔB与磁导率无关,而与饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br有关.从饱和磁通密度来看,各种软磁材料的Bs 从大到小的顺序为:铁钴合金为2.3~2.4T,硅钢为1.75~2.2T,铁基非晶合金为1.25~1.75T,铁基微晶纳米晶合金为1.1~1.5T,铁硅铝合金为1.0~1.6T,高磁导铁镍坡莫合金为0.8~1.6T,钴基非晶合金为0.5~1.4T,铁铝合金为0.7~1.3T,铁镍基非晶合金为0.4~0.7T,锰锌铁氧体为0.3~0.7T.作为电子变压器的磁芯用材料,硅钢和铁基非晶合金占优势,而锰锌铁氧体处于劣势.功率传送的第二种是电感器传送方式,即输入给电感器绕组的电能,使磁芯激磁,变为磁能储存起来,然后通过去磁变成电能释放给负载.传送功率的大小决定于电感器磁芯的储能,也就是决定于电感器的电感量.电感量不直接与饱和磁通密度有关,而与磁导率有关,磁导率高,电感量大,储能多,传送功率大.各种软磁材料的磁导率从大到小顺序为:Ni80坡莫合金为(1. 2~3)×106,钴基非晶合金为(1~1.5)×106,铁基微晶纳米晶合金为(5~8)×105,铁基非晶合金为(2~5)×105,Ni50坡莫合金为(1~3)×105,硅钢为(2~9)×104,锰锌铁氧体为(1~3)×104.作为电感器的磁芯用材料,Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金占优势,硅钢和锰锌铁氧体处于劣势.传送功率大小,还与单位时间内的传送次数有关,即与电子变压器的工作频率有关.工作频率越高,在同样尺寸的磁芯和线圈参数下,传送的功率越大.电压变换通过变压器原绕组和副绕组匝数比来完成,不管功率传送大小如何,原边和副边的电压变换比等于原绕组和副绕组匝数比.绝缘隔离通过变压器原绕组和副绕组的绝缘结构来完成.绝缘结构的复杂程度,与外加和变换的电压大小有关,电压越高,绝缘结构越复杂.纹波抑制通过电感器的自感电势来实现.只要通过电感器的电流发生变化,线圈在磁芯中产生的磁通也会发生变化,使电感器的线圈两端出现自感电势,其方向与外加电压方向相反,从而阻止电流的变化.纹波的变化频率比基频高,电流纹波的电流频率比基频大,因此,更能被电感器产生的自感电势抑制.电感器对纹波抑制的能力,决定于自感电势的大小,也就是电感量大小,与磁芯的磁导率有关,Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金磁导率大,处于优势,硅钢和锰锌铁氧体磁导率小,处于劣势.提高效率提高效率是对电源和电子变压器的普遍要求.虽然,从单个电子变压器来看,损耗不大.例如,100VA电源变压器,效率为98%时,损耗只有2W并不多.但是成十万个、成百万个电源变压器,总损耗可能达到上十万W,甚至上百万W.还有,许多电源变压器一直长期运行,年总损耗相当可观,有可能达到上千万kW∙h.显然,提高电子变压器的效率,可以节约电力.节约电力后,可以少建发电站.少建发电站后,可以少消耗煤和石油,可以少排放CO2,SO2,NOx,废气,污水,烟尘和灰渣,减少对环境的污染.既具有节约能源,又具有保护环境的双重社会经济效益.因此,提高效率是对电子变压器的一个主要要求.电子变压器的损耗包括磁芯损耗(铁损)和线圈损耗(铜损).铁损只要电子变压器投入工作,一直存在,是电子变压器损耗的主要部分.因此,根据铁损选择磁芯材料,是电子变压器设计的主要内容,铁损也成为评价软磁材料的一个主要参数.铁损与电子变压器磁芯的工作磁通密度和工作频率有关,在介绍软磁材料的铁损时,必须说明是在什么工作磁通密度下和什么工作频率下的损耗.例如,P0.5/400,表示在工作磁通密度0.5T和工作频率400Hz下的铁损.P0.1/100k 表示在工作磁通密度0.1T和工作频率100kHz下的铁损.软磁材料包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗.涡流损耗又与材料的电阻率ρ成反比.ρ越大,涡流损耗越小.各种软磁材料的ρ从大到小的顺序为:锰锌铁氧体为108~109μΩ∙cm,铁镍基非晶合金为150~180μΩ∙cm,铁基非晶合金为130~150μΩ∙cm,钴基非晶合金为120~140μΩ∙c m,高磁导坡莫合金为40~80μΩ∙cm,铁硅铝合金为40~60μΩ∙cm,铁铝合金为30~60μΩ∙cm,硅钢为40~50μΩ∙cm,铁钴合金为20~40μΩ∙cm.因此,锰锌铁氧体的ρ比金属软磁材料高106~107倍,在高频中涡流小,应用占优势.但是当工作频率超过一定值以后,锰锌铁氧体磁性颗粒之内的绝缘体被击穿和熔化,ρ变得相当小,损耗迅速上升到很高水平,这个工作频率就是锰锌铁氧体的极限工作频率.金属软磁材料厚度变薄,也可以降低涡流损耗.根据现有的电子变压器使用金属软磁材料带材的经验,工作频率和带材厚度的关系为:工频50~60Hz用0.50~0.23mm(500~230μm),中频4 00Hz至1kHz用0.20~0.08mm(200~80μm),1kHz至20kHz用0.10~0.025mm(100~25μm),中高频20kHz至100kHz用0.05~0.015mm(50~15μm),高频100kHz至1MHz用0.02~0.005mm(20~5μm), 1MHz以上,厚度小于5μm.金属软磁材料带材只要降到一定厚度,涡流损耗可显著减少.不论是硅钢、坡莫合金,还是钴基非晶合金和微晶纳米晶合金都可以在中、高频电子变压器中使用,和锰锌铁氧体竞争.降低成本降低成本是对电子变压器的一个主要要求,有时甚至是决定性的要求.电子变压器作为一种商品和其他商品一样,都面临着市场竞争.竞争的内容包括性能和成本两个方面,缺一不可.不注意成本,往往会在竞争中被淘汰. 电子变压器的成本包括材料成本、制造成本和管理成本.降低成本要从这三个方面来考虑.软磁材料成本在电子变压器的材料成本中占有相当大的比例.根据现行的市场价格,每kg 重量的软磁材料的价格从小到大的顺序是:锰锌软磁铁氧体,硅钢,铁基非晶合金,Ni50坡莫合金,钴基非晶合金,Ni80坡莫合金.锰锌铁氧体在中高频范围内广泛应用,硅钢在工频范围内广泛应用,最主要的原因之一就是价格便宜.制造成本与设计和工艺有关.电子变压器所用的磁芯、线圈和总体结构的加工和装配工艺是复杂还是简单?需要人工占的比例多大?是否需要工模具?质量控制中需要检测的工序和参数有多少?要用什么检测仪器和设备?这些都是降低制造成本时要考虑的问题.管理成本一般约占材料和制造成本之和的30%左右.如果管理得好,充分利用人力和财力,有可能降到20%左右.充分利用人力,是指工时利用率要高,减少管理人员和工人比例等等.充分利用财力,是指缩短生产周期,减少库存,加快资金流转等等.所以,一个好的电子变压器设计者,除了要了解电子变压器的理论和设计方法而外,还要了解各种软磁材料,电磁线,绝缘材料的性能和价格;还要了解磁芯加工和热处理工艺,线圈绕制和绝缘处理工艺和结构组装工艺;还要了解实现质量控制的检测参数和仪器设备;还要了解生产管理的基本知识以及电子变压器的市场动态等等.只有知识全面的设计者,才能设计出性能好,价格低的电子变压器.新软磁材料在电子变压器中的应用电子变压器中的软磁材料,根据上面的分析,在工频及中频范围内主要采用硅钢,在高频范围内主要采用软磁铁氧体.现在硅钢遇到非晶纳米晶合金的挑战,软磁铁氧体既遇到非晶纳米晶合金的挑战,又遇到软磁复合材料的竞争.在挑战和竞争中,不但使新软磁材料迅速发展,也使硅钢和软磁铁氧体得到发展.新发展起来的软磁材料在电子变压器中的应用,使电子变压器的性能提高,成本下降.而且也使电源技术在向短、小、轻、薄的变革中遇到的难点——磁性元件小型化问题逐步得到解决.下面分别介绍硅钢,软磁铁氧体,非晶纳米晶合金,软磁复合材料在电子变压器中应用的一些新进展.这里不介绍薄膜软磁材料,它是用于1MHz以上的,高频小型电子变压器的新一代软磁材料,留待以后专文介绍.硅钢电源技术中的工频电子变压器大量使用3%取向硅钢,现在厚度普遍从0.35mm减到0.27 mm或0.23mm.国内生产的23Q110的0.23mm厚,3%取向硅钢,饱和磁通密度Bs为1.8T,其P　取向硅钢,Bs为1.89T,P1.7/50为0.95W/ 1.7/50为1.10W/kg;27QG095的0.27mm厚,3%Hi Bkg.日本生产的0.23mm厚,3%取向硅钢Bs为1.85T,P1.7/50为0.85W/kg.与国内产品相差不多.但是0.23mm厚的3%取向硅钢经过特殊处理,即用电解法将表面抛光至镜面,再涂张力涂层,最后细化磁畴,可以使P1.7/50下降到0.45W/kg.同时,对要求损耗低的电子变压器,日本还进一步把厚度减薄到0.15mm,经过特殊处理,可以使P1.3/50下降到0.082~0.11W/kg和铁基非晶合金水平基本相当.日本还用温度梯度炉高温退火新工艺,使0.15mm厚,3%取向硅钢的Bs达到1.95~2.0T,经过特殊处理,使P1.3/50为0.15W/kg,P1.7/50为0.35W/kg.采用三次再结晶新工艺,制成更薄的硅钢,Bs为2.03T,P1.3/50为0.19W/kg(0.075mm厚),0.17W/kg(0.071mm厚)和0.13W/kg0.032m m厚).电源装置中的中频(400Hz至10kHz)电子变压器,除了使用0.20~0.08mm厚,3%取向硅钢外,日本已采用6.5%无取向硅钢.6.5%硅钢,磁致伸缩近似为零,可制成低噪声电子变压器,磁导率为16000~25000.ρ比3%硅钢高一倍,中频损耗低,例如:0.10mm厚的6.5%无取向硅钢P1/50为0.6W/kg,P1/400为6.1W/kg,P0.5/1K为5.2W/kg,P0.1/10k为8.2W/kg,Bs为1.25T.采用温轧法可以生产6.5%取向硅钢,Bs提高到1.62~1.67T.0.23mm厚的6.5%取向硅钢P1/50为0.25W/kg.日本已用6.5%硅钢制成1kHz音频变压器,在1.0T时,噪声比3%取向硅钢下降21dB,铁损下降40%,还用6.5%硅钢取代3%取向硅钢用于8kHz电焊机中,铁芯重量从7.5kg减少到3kg.6.5%硅钢国内已进行小批量生产.与研制6.5%硅钢的同时,日本还开发了硅含量呈梯度分布的硅钢.1)中高频低损耗梯度硅钢,表层硅含量6.5%,电阻率高,磁导率高,磁通集中在表面,涡流也集中表面,损耗小.内部硅含量低于6.5%.总的损耗低于6.5%硅钢.例如:0.20mm厚的6.5%硅钢的P 0.1/10k为16W/kg,梯度硅钢为13W/kg;P0.05/20k6.5%硅钢为14W/kg,梯度硅钢为9W/kg.由于总的硅平均含量低于6.5%,Bs比6.5%硅钢高,可达1.90T.延伸性即加工性也比6.5%硅钢好.已经用这种梯度硅钢制成家用电器逆变器用电感器,由于Bs高,损耗低,既体积小,又发热少. 2)低剩磁梯度硅钢,表层硅含量高,磁致伸缩小,中心层硅含量低,磁致伸缩大.表层与中心层存在的磁致伸缩差而引发应力.出现的弹性能导致剩磁低,一般饱和磁通密度Bs为1.96T,剩磁Br 为0.34T.ΔB=Bm‐Br超过1.0T(Bm为工作磁通密度).损耗也低,P1.2/50为1.27W/kg.可以用于脉冲变压器,单方向磁通变化电源变压器等.作为电源变压器铁芯时,还可以抑制合闸时的突发电流浪涌.最近报导,日本开发出用于中高频电子变压器的硅钢新品种——添加铬(Cr)的硅钢.在4.5%硅钢中,添加4%铬,电阻率可达82μΩ∙cm,而一般3%取向硅钢电阻率为44μΩ∙cm,牌号为“HiFre qs”.0.1mm厚添加铬的硅钢损耗低,P0.2/5k为20.5W/kg,P0.1/10k为10W/kg,P0.05/20k为5W/ kg;延伸性即加工性好,与3%硅钢一样,可以进行冲剪,铆固加工;耐腐蚀性好,在盐水和湿气中,不涂层也不腐蚀.已用这种添加铬的硅钢制成25kHz开关电源用滤波电感器,铁芯损耗为22W /kg,比6.5%硅钢(36W/kg)和铁基非晶合金(29W/kg)小.还用它制成70kHz感应加热装置的电子变压器,比0.1mm厚3%取向硅钢发热显著减少,寿命延长4倍以上.软磁铁氧体软磁铁氧体的特点是:饱和磁通密度低,磁导率低,居里温度低,中高频损耗低,成本低.前三个低是它的缺点,限制了它的使用范围,现在正在努力改进.后两个低是它的优点,有利于进入高频市场,现在正在努力扩展.以100kHz,0.2T和100℃下的损耗为例,TDK公司的PC40为410mW/cm3,PC44为300mW/ cm3,PC47为250mW/cm3.TOKIN公司的BH1为250mW/cm3,损耗不断在下降.国内金宁生产的JP4E也达到300mW/cm3.不断地提高工作频率,是另一个努力方向.TDK公司的PC50工作频率为500kHz至1MHz. FDK公司的7H20,TOKIN的B40也能在1MHz下工作.Philips公司的3F4,3F45,3F5工作频率都超过1MHz.国内金宁的JP5,天通的TP5A工作频率都达到500kHz至1.5MHz.东磁的DMR1.2K 的工作频率甚至超越3MHz,达到5.64MHz.磁导率是软磁铁氧体的弱项.现在国内生产的产品一般为10000左右.国外TDK公司的H 5C5,Philips公司的3E9,分别达到30000和20000.采用SHS法合成MnZn铁氧体材料的研究,值得注意.用这种方法的试验结果表明,可以大大降低铁氧体的制造能耗和成本.国内已有试验成功的报导.非晶和纳米晶合金铁基非晶合金在工频和中频领域,正在和硅钢竞争.铁基非晶合金和硅钢相比,有以下优缺点.1)铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低,但是,在同样的Bm下,铁基非晶合金的损耗比0. 23mm厚的3%硅钢小.一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄,电阻率高.这只是一个方面,更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态,原子排列是随机的,不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性,也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界.因此,妨碍畴壁运动和磁矩转动的能量壁垒非常小,具有前所未有的软磁性,所以磁导率高,矫顽力小,损耗低. 2)铁基非晶合金磁芯填充系数为0.84~0.86, 与硅钢填充系数0.90~0.95相比,同样重量的铁基非晶合金磁芯体积比硅钢磁芯大.3)铁基非晶合金磁芯的工作磁通密度为1.35T~1.40T,硅钢为1.6T~1.7T.铁基非晶合金工频变压器的重量是硅钢工频变压器的重量的130%左右.但是,即使重量重,对同样容量的工频变压器,磁芯采用铁基非晶合金的损耗,比采用硅钢的要低70%~80%.4)假定工频变压器的负载损耗(铜损)都一样,负载率也都是50%.那么,要使硅钢工频变压器的铁损和铁基非晶合金工频变压器的一样,则硅钢变压器的重量是铁基非晶合金变压器的18　倍.因此,国内一般人所认同的抛开变压器的损耗水平,笼统地谈论铁基非晶合金工频变压器的重量、成本和价格,是硅钢工频变压器的130%~150%,并不符合市场要求的性能价格比原则.国外提出两种比较的方法,一种是在同样损耗的条件下,求出两种工频变压器所用的铜铁材料重量和价格,进行比较.另一种方法是对铁基非晶合金工频变压器的损耗降低瓦数,折合成货币进行补偿.每瓦空载损耗折合成5~11美元,相当于人民币42~92元.每瓦负载损耗折合成0. 7~1.0美元,相当于人民币6~8.3元.例如一个50Hz,5kVA单相变压器用硅钢磁芯,报价为1700元/台;空载损耗28W,按60元人民币/W计,为1680元;负载损耗110W,按8元人民币/W计,为880元;则,总的评估价为4260元/台.用铁基非晶合金磁芯,报价为2500元/台;空载损耗6W,折合成人民币360元;负载损耗110W,折合成人民币880元,总的评估价为3740元/台.如果不考虑损耗,单计算报价,5kVA铁基非晶合金工频变压器为硅钢工频变压器的147%.如果考虑损耗,总的评估价为89%.5)现在测试工频电源变压器磁芯材料损耗,是在畸变小于2%的正弦波电压下进行的.而实际的工频电网畸变为5%.在这种情况下,铁基非晶合金损耗增加到106%,硅钢损耗增加到123%.如果在高次谐波大,畸变为75%的条件下(例如工频整流变压器),铁基非晶合金损耗增加到16 0%,硅钢损耗增加到300%以上.说明铁基非晶合金抗电源波形畸变能力比硅钢强.6)铁基非晶合金的磁致伸缩系数大,是硅钢的3~5倍.因此,铁基非晶合金工频变压器的噪声为硅钢工频变压器噪声的120%,要大3~5dB.7)现行市场上,铁基非晶合金带材价格是0.23mm3%取向硅钢的150%,是0.15mm3%取向硅钢(经过特殊处理)的40%左右.8)铁基非晶合金退火温度比硅钢低,消耗能量小,而且铁基非晶合金磁芯一般由专门生产厂制造.硅钢磁芯一般由变压器生产厂制造.根据以上比较,只要达到一定生产规模,铁基非晶合金在工频范围内的电子变压器中将取代部分硅钢市场.在400Hz至10kHz中频范围内,即使有新的硅钢品种出现,铁基非晶合金仍将会取代大部分0.15mm以下厚度的硅钢市场.值得注意的是,日本正在大力开发FeMB系非晶合金和纳米晶合金,其Bs可达1.7~1.8T,而且损耗为现有FeSiB系非晶合金的50%以下,如果用于工频电子变压器,工作磁通密度达到1. 5T以上,而损耗只有硅钢工频变压器的10%~15%,将是硅钢工频变压器的更有力的竞争者.日本预计在2005年就可以将FeMB系非晶合金工频变压器试制成功,并投入生产.非晶纳米晶合金在中高频领域中,正在和软磁铁氧体竞争.在10kHz至50kHz电子变压器中,铁基纳米晶合金的工作磁通密度可达0.5T,损耗P0.5/20k≤25W/kg,因而,在大功率电子变压器中有明显的优势.在50kHz至100kHz电子变压器中,铁基纳米晶合金损耗P0.2/100k为30~ 75W/kg, 铁基非晶合金P0.2/100k为30W/kg,可以取代部分铁氧体市场.非晶纳米晶合金经过20多年的推广应用,已经证明其具有下述优点:1)不存在时效稳定性问题,纳米晶合金在200℃以下,钴基非晶合金在100℃以下,经过长期使用,性能无显著变化;2)温度稳定性比软磁铁氧体好,在‐55℃至150℃范围内,磁性能变化5%~10%,而且可逆;3)耐冲击振动,随电源整机在30g下的振动试验中,均未发生过性能恶化问题;4)铁基非晶合金脆性大大改善,带材平整度良好,可以剪切加工,也可以制成搭接式卷绕磁芯,经过5次弯折或拆卸,性能无显著变化.软磁复合材料经过争论,现在对磁粉芯等已经取得了一致认识,即认为它属于软磁复合材料.软磁复合材料是将磁性微粒均匀分散在非磁性物中形成的.与传统的金属软磁合金和铁氧体材料相比,它有很多独特的优点:磁性金属粒子分散在非导体物件中,可以减少高频涡流损耗,提高应用频率;既可以采取热压法加工成粉芯,也可以利用现在的塑料工程技术,注塑制造成复杂形状的磁体;具有密度小,重量轻,生产效率高,成本低,产品重复性和一致性好等优点.缺点是由于磁性粒子之间被非磁性体分开,磁路隔断,磁导率现在一般在100以内.不过,采用纳米技术和其他措施,国外已有磁导率超过1000的报导,最大可达6000.软磁复合材料的磁导率受到很多因素的影响,如磁性粒子的成分,粒子的形状,尺寸,填充密度等.因此,根据工作频率可以进行调整.磁粉芯是软磁复合材料的典型例子.现在已在20kHz至100kHz甚至1MHz的电感器中取代了部分软磁铁氧体.例如铁硅铝磁粉芯,硅含量为8.8%,铝为5.76%,剩余全为铁.粒度为90~4 5μm,45~32μm和32~30μm.用硅树脂作粘接剂,1%左右硬脂酸作润滑剂,在2t/cm2压力下,制成 的环形磁芯,在氢气中用673°K,773°K,873°K退火,使磁导率达到100,300,600.在10 13×8×50kHz下损耗低,已经代替软磁铁氧体和MPP磁粉芯用于电感器中.已经有人对大功率电源的电感器用软磁复合材料——磁粉芯进行了开发研究.在20kHz以下,磁导率基本不变.在1.0T下,磁导率为100左右.50Hz~20kHz损耗小,可制成100kg重量以上的大型的磁芯,而且在20kHz下音频范围,噪声比环形铁氧体磁芯降低10dB.可以在大功率电源中代替硅钢和软磁铁氧体.有人用钴/二氧化硅(Co/SiO2)纳米复合软磁材料制作不同于薄膜的大尺寸磁芯.钴粒子平均尺寸为30μm,填充度40%至90%,经过搅拌后,退火形成Co/SiO2纳米复合粉,然后压制成环形磁芯.磁导率在300MHz以下,都可达到16.镍锌铁氧体的磁导率为12,而且在100MHz以后迅速下降.证明在高频和超高频下,软磁复合材料也可取代部分铁氧体市场.新磁芯结构在电子变压器中的应用搭接式卷绕磁芯搭接式卷绕磁芯最早用于非晶合金配电变压器.它既有卷绕磁芯优点,激磁电流小,空载损耗低,又可以打开装卸线圈,消除一般卷绕磁芯的缺点,不需要用专用绕线机绕制线圈,生产效率提高,线圈出现问题时也便于更换和维修.现有3%取向硅钢的厚度已减薄到0.23mm和0. 27mm,用它们制造搭接式卷绕磁芯比非晶合金更容易.因此,搭接式卷绕磁芯有可能用于500V A以上的硅钢电源变压器,尤其是大容量整流电源和不停电电源中的硅钢电源变压器.立体三角形磁芯立体布置的三角形三相磁芯,现在正在国内风行.最早出现立体三角形磁芯可追溯到20世纪30年代,但是,由于磁芯需要特殊剪切加工,线圈需要专用绕线机绕制,而未能推广应用.现在可以用计算机控制磁芯剪切加工,已经有专用绕线机绕线.国内有5—6家企业在申请立体三角形磁芯变压器的专利.立体布置的三角形三相磁芯与平面布置的三柱式三相磁芯相比,磁通分布均匀,不会出现局部饱和,激磁电流和磁通的对称性好.问题是各个柱的截面要形成接近圆形相当困难,绕组平均匝长增加,负载损耗也会增加.可用于30kVA以上的大型变压器.正交形磁芯把C型磁芯的一半旋转90°,再接合在一起,就形成正交形磁芯.可以用直流控制绕组控制正交形磁芯的电感.日本索尼公司已经用软磁铁氧体制成这种磁芯,叫SX形磁芯,并且已经用于各种电视机的开关电源,作为驱动变压器,控制它的电感,使电路出现电压谐振或者电流谐振,而实现软开关条件.日本东北大学和东北电力公司已经用硅钢制成这种磁芯,用于功率补偿器和移相器,控制电力系统的有功和无功功率.与晶闸管功率补偿器和移相器相比,具有高次谐波少,电磁干扰小,控制电路简单等特点.磁性液体磁芯有人曾设想过,用注塑机加工变压器磁芯,可以避免硅钢磁芯冲片,热处理,叠片,组装等多道工序.现在正在开发磁性液体磁芯可以实现这种设想,用工程塑料做成磁芯外壳,中间注入磁性液体,表面再用磁性片封住.这样,大量生产的中小型电源变压器的加工效率可以显著提。

如何选择磁芯MAGNETICS ：能提供最⼤的选择余地。

铁氧体磁芯：⽤于功率变压器和电感器的⾼频材料（10kHz - 2Mhz），⽤于电磁⼲扰滤波器、ISDN变压器和宽带变压器的⾼磁导率材料（⾼达15,000µ）；以及⽤于电信应⽤的温度稳定材料。

磁粉芯：（钼坡莫合⾦、⾼磁通材料和铁硅铝（Kool Mµ?））：⽤于串联滤波器、输出扼流圈和反激变压器。

带绕磁芯：（带绕磁芯、切割 c 型磁芯、⾻架磁芯和叠⽚式磁芯）⽤于⼤功率变压器、⾳频变压器、磁放⼤器、接地故障断路器和电流互感器。

频率范围内阻抗很⾼，所以可抑制⾼频开关电源产⽣的⾼频噪声。

开关电源会产⽣以下两类噪声：共模和差模。

差模噪声（图1a）的传播途径和输⼊电流相同。

共模噪声（1b）表现为彼此相等且同相的噪声，其传播途径经绕组与地线相连。

为抑制电磁⼲扰，典型滤波器应包含共模电感器、差模电感器和X及Y电容器。

Y电容器和共模电感器⽤于衰减共模噪声。

电感器对⾼频噪声显⽰⾼阻抗，并反射或吸收噪声，同时，电容器成为到地的低阻抗路径，使噪声从主电路中分流出去（图2）。

为了实现以上功能，共模电感器必须在开关频率范围内提供合适的阻抗。

共模电感器由两组匝数相同的绕组构成。

这两个绕组使每个绕组中的线路电流所产⽣的磁通⼤⼩相等，⽽相位相反。

所以这两组绕组产⽣的磁通相互抵消使磁芯处于未偏置状态。

差模电感器仅有⼀个绕组，磁芯需要承受全部线路电流，并且在⼯作状态下不能饱和。

所以共模电感器和差模电感器有很⼤差异。

为防⽌磁芯饱和，差模电感器磁芯的有效磁导率必须低（间隙铁氧体或磁粉芯）。

但是共模电感器可使⽤⾼磁导率材料，并可⽤较⼩的磁芯获得⾮常⼤的电感。

选择材料开关电源产⽣的噪声主要位于装置基频处，并包括⾼次谐波。

也就是说，噪声频谱⼀般包括10kHz到50MHz之间的部分。

为了提供合适的衰减，电感器阻抗在此频带内必须⾜够⾼。

共模电感器的总阻抗有两部分构成，⼀部分是串联感抗（Xs），另⼀部分是串联电感（Rs）。

1.磁芯材质的选取：高频变压器磁芯多是低磁场下使用的软磁材料，有着较高磁导率、低的矫磁顽力和高的电阻率。

一般来说，磁芯材料磁导率高，在一定的线圈匝数时，通过不大的励磁电流就能有较高的磁感应强度，线圈就能承受较高的外加电压，因此输出一定功率要求下，可减小磁芯体积。

磁芯矫磁顽力低，磁滞回环面积小，则铁损也小。

高的电阻率则使得涡流小，铁损小。

（/manage/shownews.asp?ArticleID=1109）目前，高频开关电源变压器所用的磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。

根据使用情况铁氧体不适合高温工作，暂时选用非晶态合金的磁芯。

●通过下面表格可以发现硅钢的饱和磁感应强度最大，可以达到2T，但由于最大导磁率太小且矫顽力太大不能满足要求一般都不选用它做高频变压器。

●通过下面表格可以发现铁基非晶铁芯饱和磁感应强度也很大，可以达到1.5T以上。

但由于我们选用的开关频率为20KHZ，现在一般铁基非晶铁芯无法达到这个工作频率，故不采用。

●通过下面表格可以发现铁基纳米晶和坡莫合金饱和磁感应强度也较大，可以达到1.2T以上。

但由于坡莫合金磁芯矫磁顽力高，故一般厂家选用铁基纳米晶作为高频变压器磁芯。

本设计中同样采用铁基纳米晶作为高频变压器磁芯。

以下是安泰公司用于做磁芯的纳米基铁芯的具体参数：2.变压器设计：高频变压器的设计通常采用两种方法：第一种是先求出磁芯窗口面积A m与磁芯有效截面积Ac 的乘积AP（AP=Ac×Am，称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出所需磁性材料之编号；第二种是先求出几何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。

注意：1）设计中，在最大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应达到饱和，以免在大信号时产生失真。

2）在瞬变过程中，高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造成开关管损坏。

同时，输出绕组匝数多，层数多时，应考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。