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开关电源磁芯尺寸和类型的选择(凭经验)

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单端反激式开关电源磁芯尺寸和类型的选择字体大小：大| 中| 小2008-08-28 12:53 - 阅读：6184 - 评论：2 徐丽红王佰营A、InternationalRectifier公司--56KHz输出功率推荐磁芯型号0---10WEFD15 SEF16 EF16 EPC17 EE19 EF(D)20 EPC25 EF(D)2510-20WEE19 EPC19 EF(D)20 EE,EI22 EF(D)25 EPC2520-30WEI25 EF(D)25 EPC25 EPC30 EF(D)30 ETD29 EER28(L)30-50WEI28 EER28(L) ETD29 EF(D)30 EER3550-70WEER28LETD34 EER35 ETD3970-100WETD34 EER35 ETD39 EER40 E21摘自InternationalRectifier,AN1018-“应用IRIS40xx系列单片集成开关IC开关电源的反激式变压器设计”B、ELYTONE公司型号输出功率（W）<5 5-10 10-20 20-50 50-100 100-200 200-500 500-1KEI EI12.5 EI16 EI19 EI25 EI40 EI50 EI60 -- EE EE13 EE16 EE19 EE25 EE40 EE42 EE55 EE65<5 5-10 10-20 20-50 50-100 100-200 200-500 500-1K EF EF12.6 EF16 EF20 EF25 EF30 EF32 -- --EFD -- EFD12 EFD15 EFD20 EFD25 EFD30 -- -- EPC -- EPC13 EPC17 EPC19 EPC25 EPC30 -- -- EER EER9.5 EER11 EER14.5 EER28 EER35 EER42 EER49 -- ETD -- -- ETD29 ETD34 ETD44 ETD49 ETD54 --EP EP10 EP13 EP17 EP20 -- -- -- -- RM RM4 RM5 RM6 RM10 RM12 RM14 -- -- POT POT1107 POT1408 POT1811 POT2213 POT3019 POT3622 POT4229 -- PQ -- -- -- PQ2016 PQ2625 PQ3230 PQ3535 PQ4040 EC -- -- -- -- -- EC35 EC41 EC70 摘自PowerTransformers OFF-LINE Switch ModeAPPLICATION NOTES"Converter circuitas a function of S.M.P.S. output voltage (Vo) and output power (Po)"C、Fairchild Semiconductor公司--67KHzOutput Power EIcore EE core EPC core EER core0-10W EI12.5 EE8 EPC10EI16 EE10 EPC13EI19 EE13 EPC17EE1610-20W EI22 EE19 EPC1920-30W EI25 EE22 EPC25 EER25.530-50W EI28 EE25 EPC30 EER28EI3050-70W EI35 EE30 EER28L70-100W EI40 EE35 EER35100-150W EI50 EE40 EER40EER42150-200W EI60 EE50 EER49EE60The core quickselection table For universal input range, fs=67kHz and 12V singleoutput摘自：Application Note AN4140Transformer Design Consideration for off-lineFlybackTMConverters using Fairchild Power Switch (FPS)D、单端反激式变压器磁芯的选择公式Ve =5555 * P / f式中：Ve——为磁芯的体积：Ve=Ae*Le；单位为：毫米立方；P——为输入功率；单位为：瓦；f——为开关频率；单位为：千赫兹；本公式假设：Bm=0.3T, Lg/Le=0.5%=气隙长度/磁芯等效长度；如果Lg/Le=气隙长度/磁芯等效长度=1%时，又如何计算呢？（请考虑）输出功率、磁芯截面积和开关频率决定气隙，因为在反激式开关电源中气隙的体积大小决定储能的多少，频率决定能量传输的快慢；如：EI25Ve=2050mm³，Ae=42平方毫米，Le=49.4mm；f=40KHz；η=0.75；Lg= 0.005*49.4 = 0.247mm ---气隙长度Pin =Ve*F/5555 = 2050*40/5555 = 14.76W；Pout =η*Pin= 0.75 * 14.76 = 11.07W;若：f=100KHz 则：Pout = 11.07W *(100/40) = 27.675W;反激式开关电源设计的思考一字体大小：大| 中| 小2007-03-01 11:00 - 阅读：4593 - 评论：3反激式开关电源设计的思考一王佰营徐丽红对一般变压器而言，原边绕组的电流由两部分组成，一部分是负载电流分量，它的大小与副边负载有关；当副边电流加大时，原边负载电流分量也增加，以抵消副边电流的作用。

另一部分是励磁电流分量，主要产生主磁通，在空载运行和负载运行时，该励磁分量均不变化。

励磁电流分量就如同抽水泵中必须保持有适量的水一样，若抽水泵中无水，它就无法产生真空效应，大气压就无法将水压上来，水泵就无法正常工作；只有给水泵中加适量的水，让水泵排空，才可正常抽水。

在整个抽水过程中，水泵中保持的水量又是不变的。

这就是，励磁电流在变压器中必须存在，并且在整个工作过程中保持恒定。

正激式变压器和上述基本一样，初级绕组的电流也由励磁电流和负载电流两部分组成；在初级绕组有电流的同时，次级绕组也有电流，初级负载电流分量去平衡次级电流，激励电流分量会使磁芯沿磁滞回线移动。

而初次级负载安匝数相互抵消，它们不会使磁芯沿磁滞回线来回移动，而励磁电流占初级总电流很小一部分，一般不大于总电流10％，因此不会造成磁芯饱和。

反激式变换器和以上所述大不相同，反激式变换器工作过程分两步：第一：开关管导通，母线通过初级绕组将电能转换为磁能存储起来；第二：开关管关断，存储的磁能通过次级绕组给电容充电，同时给负载供电。

可见，反激式变换器开关管导通时，次级绕组均没构成回路，整个变压器如同仅有一个初级绕组的带磁芯的电感器一样，此时仅有初级电流，转换器没有次级安匝数去抵消它。

初级的全部电流用于磁芯沿磁滞回线移动，实现电能向磁能的转换；这种情况极易使磁芯饱和。

磁芯饱和时，很短的时间内极易使开关管损坏。

因为当磁芯饱和时，磁感应强度基本不变，dB/dt近似为零，根据电磁感应定律，将不会产生自感电动势去抵消母线电压，初级绕组线圈的电阻很小，这样母线电压将几乎全部加在开关管上，开关管会瞬时损坏。

由上边分析可知，反激式开关电源的设计，在保证输出功率的前提下，首要解决的是磁芯饱和问题。

如何解决磁芯饱和问题？磁场能量存于何处？将在下一篇文章：反激式开关电源变压器设计的思考二中讨论。

反激式开关电源设计的思考二---气隙的作用王佰营徐丽红“反激式开关电源设计的思考一”文中，分析了反激式变换器的特殊性防止磁芯和的重要性，那么如何防止磁芯的饱和呢？大家知道增加气隙可在相同ΔB的情况下，ΔIW的变化范围扩大许多,为什么气隙有此作用呢?由全电流定律可知:由上例可知，同一个磁芯在电流不变的条件下，仅增加1mm气隙，加气隙的磁感强度仅为不加气隙的磁感应强度的4.8%，看来效果相当明显。

加了气隙后，是否会影响输出功率呢？换句话说，加了气隙变压器还能否储原来那些能量呀？看一下下面的例子就知道了：在“思考一”一文中已讨论过，当开关管导通时，次级绕组均不构成回路，此时，变压器象是仅有一个初级绕组带磁芯的电感器一样，母线将次级需要的全部能量都存在这个电感器里。

如下图1就是一个有气隙的电感器：图1表示一个磁芯长为lm，气隙长为lg，截面积为Ae的磁芯，在其上绕N匝线圈，当输入电压为Ui时，输入功率为Wi：6式右边的积分为图2中阴影部分面积A，即就是说：磁场能量的大小等于磁化曲线b和纵轴所围成的面积大小。

图1中，假定磁路各部分的面积相等，磁芯各部分的磁场强度为Hm，气隙部分的磁场强度为Hg，由全电流定律得：11式右边第一项是磁芯中的磁场能量，第二项是气隙部分的磁场能量，分别用Wi和Wg表示；那么：图3中，曲线m表示图1电感器无气隙时的磁化曲线，曲线g表示有气隙时的磁化曲线。

图中，面积Am表示储存在磁芯部分的磁场能量；面积Ag表示储存在气隙部分的磁场能量。

上面讲了气隙的作用以及磁场能量在变压器中的分布，那么，根据输出功率如何选用磁芯呢？将在反激式开关电源设计思考三中讨论。

反激式开关电源设计的思考三---磁芯的选取字体大小：大| 中| 小2007-03-09 14:11 - 阅读：4852 - 评论：2 反激式开关电源设计的思考三(磁芯的选取)王佰营徐丽红在DCM状态下选择：Uin－电源输入直流电压Uinmin－电源输入直流电压最小值D－占空比Np－初级绕组匝数Lp－初级绕组电感量Ae－磁芯有效面积Ip－初级峰值电流f－开关频率Ton－开关管导通时间I－初级绕组电流有效值η－开关电源效率J－电流密度通过（3）式可方便计算出反激式开关电源在电流断续模式时磁芯的AeAw值，通过查厂商提供的磁芯参数表就可选择合适的磁芯，在选择磁芯时要留一定的余量。

例如：有一反激式开关电源输出功率为10W，开关频率为40KHz, ΔB为0.16T，电流密度取4.5A/mm2磁芯选用EE系列，那么由公式（3）可知：考虑到实际绕线的绝缘层等的影响，须考虑填充系数(取0.8), 即：Ap = AeAw/0.8=1.736×1000 / 0.8 = 2207.5通过上面计算,ＥＥ１９磁芯比较接近,考虑到辅助绕组和其他因素选择ＥＥ２０磁芯。

为计算方便,(3)式可修正为：Ap = AwAe = 6500×P0 / (△B×J×f) (4)单位：P0 ----- 瓦特；△B ---- 特斯拉J ------ 安培/平方毫米f ------ 千赫兹Ap ------ 毫米的四次方在实际使用中一定要注意公式的应用条件，公式（4）是在单端反激式开关电源电流断续模式下推导出来的，并且用了一系列假设：1．窗口使用系数SF：0.42．初级绕组面积Ap = 次级绕组面积As3．当直流输入电压最低时Dm=0.54．电源效率η= 0.85．填充系数为0.8因此，该计算值在使用中要根据实际情况酌情修正，并且作为我们选择磁芯的一个大致参考，由于工艺的原因必须通过实践验证而最终确定。

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开关电源磁芯主要参数

开关电源磁芯主要参数

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。

开关电源磁芯材料的基本参数

开关电源磁芯材料的基本参数


2
的单位B的单位 Wb/m Wb 的单位
HB的 的单 单位 位
Wb/m2 A/m
Wb A•m
H的单位A/m A•m V •s •s H (亨/米)
A•m m m
e N d L di
V•s dt dt
•s H(亨/米)
A•m m m
eNdLdi Nd edt dt dt Ldi edt
磁通即 伏秒面积
MAGNETICS
美界，美金 Ferrite Cores, Bobbins, Hardware, MPP, High Flux, Tape Wound, Kool Mu
VACUUMSCHMELZE 德国磁芯材料公司
Nano（纳米晶体） crystal line & Amorphous （非晶） Cores and Components (Chokes ：扼流圈）, Transformers, Sensors互感器)
U /V
三种典型波形的伏秒面积
U /V
U /V
0
t/s 0
t/s 0
t/s
只有正弦波才能面积积分归零
单位换算
1Gs104T
1Oe 100A/m 0.4π
μ0
1Gs 104 0.4π Oe 100
4π107
H/m
真空的磁导率用CGS制表示
为1，道明了奥斯特的意义。 0 1(Gs/Oe)
(6)电磁感应定律
求磁芯中 存储的能量
解
磁芯中的平 均磁场强度162
l 16 3.125A/cm 312.5(A/m)
3210-6 (cm3)
μH 2 Wm V 2
磁芯中存储的能量 32 10 6 60 10 7 312 .52 2 9.35 10 6 (J)
电源磁芯尺寸功率参数

电源磁芯尺寸功率参数

电源磁芯尺寸功率参数常用电源磁芯参数MnZn 功率铁氧体EPC 功率磁芯特点：具有热阻小、衰耗小、功率大、工作频率宽、重量轻、结构合理、易表面贴装、屏蔽效果好等优点，但散热性能稍差。

用途：广泛应用于体积小而功率大且有屏蔽和电磁兼容要求的变压器，如精密仪器、程控交换机模块电源、导航设备等。

EPC型功率磁芯尺寸规格磁芯型号Type尺寸Dimensions(mm)A B C D Emin F G HminEPC10/8 10.20±0.20 4.05±0.30 3.40±0.20 5.00±0.20 7.60 2.65±0.20 1.90±0.20 5.30 EPC13/13 13.30±0.30 6.60±0.30 4.60±0.20 5.60±0.20 10.50 4.50±0.30 2.05±0.20 8.30 EPC17/17 17.60±0.50 8.55±0.30 6.00±0.30 7.70±0.30 14.30 6.05±0.30 2.80±0.20 11.50 EPC19/20 19.60±0.50 9.75±0.30 6.00±0.30 8.50±0.30 15.80 7.25±0.30 2.50±0.20 13.10 EPC25/25 25.10±0.50 12.50±0.30 8.00±0.30 11.50±0.30 20.65 9.00±0.30 4.00±0.20 17.00 EPC27/32 27.10±0.50 16.00±0.30 8.00±0.30 13.00±0.30 21.60 12.00±0.30 4.00±0.20 18.50 EPC30/35 30.10±0.50 17.50±0.30 8.00±0.30 15.00±0.30 23.60 13.00±0.30 4.00±0.20 19.50 EPC39/39 39.00±0.50 19.60±0.30 15.60±0.30 18.00±0.30 30.70 14.00±0.30 10.00±0.30 24.50 EPC42/44 42.40±1.00 22.00±0.30 15.00±0.40 17.00±0.30 33.50 16.00±0.30 7.40±0.30 26.50EPC46/49 46.00±1.00 24.80±0.30 19.50±0.40 20.80±0.40 35.70 18.40±0.40 11.90±0.30 28.40 EPC46.5/44 46.50±1.00 22.30±0.30 19.40±0.40 21.00±0.40 36.90 15.80±0.40 12.00±0.30 29.40 EPC54/54 54.50±1.20 27.20±0.30 21.50±0.40 26.50±0.40 43.00 19.30±0.40 14.00±0.30 34.30EPC功率磁芯电气特性及有效参数注：AL值测试条件为1KHz,0.25v,100Ts,25±3℃Pc值测试条件为100KHz,200mT,100℃EE、EEL、EF型功率磁芯特点：引线空间大，绕制接线方便。

如何挑选开关电源的磁芯

如何挑选开关电源的磁芯

图1.各种大型铁硅铝器件
硅铁块具有离散间隙，与铁硅铝(Kool Mμ)的分步式间隙不同，因此随着电流增加，饱和出现要快的多。铁硅铝(Kool Mμ) 可利用饱和曲线的优点，设计出较小的电感器。
硅钢装配件中所用的环氧树脂中一般不能像铁硅铝(Kool Mμ)在200 ℃操作。
铁硅铝(Kool Mμ)成本低于同等大小的硅钢块。
间隙铁氧体有较多种类的形状，有Pot Cores、EFD's、PQ's等等，而铁硅形状目前受限于 E-Core、U-Core & Blocks。
铁硅铝与铁粉芯
除了承受直流偏置外，开关稳压电感器还有一定交流电，通常在10kHz至300kHz。这种交流电流会产生高频磁场，造成磁芯损耗并导致磁芯变热。这种情况在铁硅铝(Kool Mμ)中会减少，因此电感更有效率，温度更低。
在铁损的部分，铁硅的磁芯损耗远低于硅钢叠片。用20μ铁硅铝和硅铁相比较，在10kHz和50kHz的频率情况下，硅铁的磁损更厉害。
铁硅铝的特点和应用
铁硅铝(Kool Mμ)是什么呢？简单来说，它是由铝-硅-铁组成，它拥有相当高的Bmax(1050mT)，它的磁芯损耗远低于铁粉芯及高磁通，有低磁致伸缩（低噪音），是低成本的储能材料，无热老化，可以用于替代铁粉芯，在高温下性能非常稳定。
表1.铁硅 与锰锌铁氧体之LI2值的比较
表2.铁硅 与锰锌铁氧体尺寸上之比较
间隙铁氧体也有很多优点，间隙铁氧体可以有很高的有效磁导率μeff，铁氧体可以在500 以上而铁硅 目前受限于μeff = 125。间隙铁氧体使用在一些低功率的设计时更为适合。
间隙铁氧体电感系数的公差值较低，如果工艺好的话，多数的铁氧体电感系数的公差值为 ±3，而铁硅 为 ± 12% 。