电感元件设计规范

1 电磁学基本概念及公式 (2)

1.1 基本概念 (2)

1.2 基本公式 (2)

2 磁元件的基本特性 (3)

2.1 磁滞效应( H YSTERESIS E FFECT )： (3)

2.2 霍尔效应( H ALL E FFECT )： (3)

2.3 临近效应( P ROXIMITY E FFECT ) (3)

2.4 磁材料的饱和 (4)

2.5 磁芯损耗 (4)

3 电感磁芯的分类及特点 (5)

3.1 磁芯材料的分类及其特点 (5)

3.1.1 铁氧体( Ferrite ) (5)

3.1.2 硅钢片( Silicon Steel) (6)

3.1.3 铁镍合金(又称坡莫合金或MPP ) (6)

3.1.4 铁粉芯( Iron Powder ) (6)

3.1.5 铁硅铝粉芯(又称Sendust 或Kool Mu ) (6)

3.2 磁芯的外形分类： (6)

3.3 电感的结构组成 (7)

3.3.1 环型电感 (7)

3.3.2 EE 型电感/变压器 (8)

3.4 电感的主要类型： (8)

3.5 电感磁芯主要参数说明 (9)

4 电感在UPS 中的应用 (9)

5 电感设计的原则 (12)

5.1 原则一：电感不饱和(感值下降不超出合理范围) (12)

5.2 原则二：电感损耗导致的温升在允许的范围内(考虑使用寿命) (15)

5.3 原则三：电感的工艺要求可以达成 (17)

6 电感设计规范表 (18)

磁性元件的设计是开关电源设计中的重点和难点，究其原因是磁性元

件属非标准件，其设计时需考虑的设计参数众多，工艺问题也较为突出， 分布参数复杂。为帮助硬件工程师尽快了解磁性元件，优化设计并减少设 计中的错误，特制定此规范。

1电磁学基本概念及公式

1.1基本概念

1） 磁通：穿过磁路的磁力线的总数，以 ①表示，单位韦伯（wb 。

2） 磁通密度（磁感应强度）：垂直于磁力线的方向上单位面积的磁通量， 以B 表示，

单位高斯（Gauss ）或特斯拉（T ）， 1 T=104 Gauss

3） 磁场强度：单位磁极在磁场中的磁力，以H 表示，单位安［培］每米（A/m ） 或奥

斯特（Oe ），1 Oe=103/4 n A/m 。

4） 磁导率：磁通密度与磁场强度之比，以 卩表示，实际使用中通常指相对 于真空的磁

导率，真空中的磁导率 卩0 =4 nX 10-7 H/m

5） 磁体：磁导率远大于卩0的物质，如铁，镍，钻及其合金或氧化物等。

6） 居里温度点：磁体在温度升高时，其磁导率下降，当温度高到某一点时， 磁性基本

消失，此温度称为居里温度点。

7） 磁势：建立磁通所需之外力，以 F 表示。

8） 自感：磁通变化率与电流变化率之比称自感，以 L 表示。

9） 互感：由于A 线圈电流变化而引起B 线圈磁通变化的现象，B 线圈的磁 通变化率与

A 线圈的电流变化率之比称为 A 线圈对

B 线圈的互感，以M 表示。

磁导率 B/H 磁势F NI 磁通 F/R 磁通密度B /A 其中A 为铁窗面积 磁场强度H NI/I

其中l 为等效磁路长度

法拉第电磁感应定律：

穿过闭合回路的磁通发生变化，回路中会产生感应电流。如果回路不闭合, 无感应电流，但感应电动势依然存在，感应电动势的大小：

磁场中的磁体存储的能量为：e

1

W m 丄 BHV

2 电学与磁学的对偶关系表:

电路 磁路

电动势 £

磁通势 F

电流

I

磁通

①

目的

1.2基本公式

其中V 为磁场中磁体的体积 图2.1环形铁心的铁窗 面积与磁路长度示意图

表2.1磁滞曲线图

2磁元件的基本特性

2.1 磁滞效应(Hysteresis Effect ):

磁化过程中，磁通密度B的变化较磁化力F的变化迟缓的现象称为磁滞。

Magnetic flux Density Saturation Flux Density Reman即佗■Magnet 2 Field length Coercive Force Initial

Permeability

Maximum Amplitude 卩ernneability

2.2 霍尔效应(Hall Effect ):

流过电流的导体穿过磁场时，在导体两端产生感应电势的现象，称为

霍尔效应。

图3.2霍尔效应示意图

2.3 临近效应(Proximity Effect )

图3.1磁滞曲线图

流过电流的导线会产生磁场，相邻的导线在相互的磁场(也可以是外加磁场)作用下会产生电流挤到导体一边的现象成为临近效应。相邻层的导线若电流方向相同，电流会往外侧挤，相邻层的导线若电流方

向相反，电流会往外内侧挤，如下图所示。临近效应会导致导体的利

用率下降，铜损增加（与趋肤效应类似）

图3.3邻近效应示意图

2.4磁材料的饱和随着磁性材料中的磁场强度增加，其磁通密度也增大，但当磁场强度大

到一定程度时，其磁通不再增加（见图3.1磁滞回线的

Bs），这称为磁饱和。

2.5磁芯损耗

磁芯损耗主要由磁滞损耗和涡流损耗组成单位体积内的磁滞损耗正比与磁场交变的频率f和磁滞回线的面积

涡流损耗是指当通过磁芯的磁通交变时，会在磁芯中感应电势，该电势进而在磁芯中产生电流，从而产生损耗，它与磁芯材料的电阻率有关，与频率f也有关。