【电源知识】开关电源中的高频磁元件的设计-磁性材料的概述

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2017-7-13 11:13 阅读: 2163 评论: 0 编辑: ygzx1

[导读]开关电源中的高频磁元件的设计磁性材料的概述1、磁元件在开关电源中的作用这里讨论的磁性元件是指绕组和磁芯。绕组可以是一个绕组，也可以是两个或多个绕组。它是储能、转换及隔离所必备的元件。常把它作为变压器或 ...

开关电源中的高频磁元件的设计

磁性材料的概述

1、磁元件在开关电源中的作用

这里讨论的磁性元件是指绕组和磁芯。绕组可以是一个绕组，也可以是两个或多个绕组。它是储能、转换及隔离所必备的元件。常把它作为变压器或电感器使用。

当变压器用，可起作用为： 1) 电气隔离；

2) 变比不同，达到电压升、降；

3) 大功率整流副边相移不同，有利纹波系数减小；

4) 磁耦合传送能量；

5) 测量电压、电流。

当电感器用，可起作用为：

1) 储能、平波、滤波；

2)抑制尖峰电压或电流，保护易受电压、电流损坏的电子元件；

3)与电容器构成谐振，产生方向交变的电压或电流。

2、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)。在选用元件时，不像电子元件可以有现成成品选择。绝大多数磁性元件都是要自行设计，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。磁材料参数测量因难，也增加了人们的困惑感。绝大多数磁元件要自行设计，或提供参数委托设计、加工。

3、磁性材料的磁化

物质的磁化需要外磁场。相对外磁场而言，被磁化的物质称为磁介质。将铁磁物质放到磁场中，磁感应强度显著增大。磁场使得铁磁物质呈现磁性的现象称为铁磁物质的磁化。铁磁物质之所以能被磁化，是因为这类物质不同于非磁物质，在其内部有许多自发磁化的小区域—磁畴。在没有外磁场作用时，这些磁畴排列的方向是杂乱无章的(图5-1(a))，小磁畴间的磁场是相互抵消的，整个磁介质对外不呈现磁性。如给磁性材料加外磁场，材料中的磁畴顺着磁场方向转动，加强了材料内的磁场。随着外磁场加强，转到外磁场方向的磁畴就越来越多，与外磁场同向的磁感应强度就越强，如图5-1(b)～（d）所示，这就是说材料被磁化了。

1）、磁性材料的磁化过程

如将完全无磁状态的铁磁物质放在磁场中，磁场强度从零逐渐增加，测量铁磁物质的磁通密度B，得到磁通密度和磁场强度H之间关系，并用B-H曲线表示，该曲线称为磁化曲线，如图5-2曲线C所示。

当磁介质置于磁场中，外磁场较弱时，随着磁场强度的增加，与外磁场方向相差不大的那部分磁畴逐渐转向外磁场方向（图5-1（b）），磁感应B随外磁场增加而增加(图5-2中oa段)。如果将外磁场H逐渐减少到零时，B仍能沿ao回到零，即磁畴发生了“弹性”转动，故这一段磁化是可逆的。

当从磁场继续增大时，与外磁场方向相近的磁畴已经趋向于外磁场方向，那些与磁场方向相差较大的磁畴克服“摩擦”，也开始转向外磁场方向（图5-1（c）），因此磁感应B随H增大急剧上升，如磁化曲线ab段。如果把ab段放大了看，曲线呈现阶梯状，说明磁化过程是跳跃式进行的。如果这时减少外磁场，B将不再沿ba段回到零，过程是不可逆的。

2）、饱和磁滞回线

如果将铁磁物质沿磁化曲线OS 由完全去磁状态磁化到饱和Bs（如图5-3 所示），此时如将外磁场H 减小，B值将不再按照原来的初始磁化曲线(0S)减小，而是更加缓慢地沿较高的B 减小，这是因为发生刚性转动的磁畴保留了外磁场方向。即使外磁场H=0时，B≠0，即尚有剩余的磁感应强度Br 存在。这种磁化曲线与退磁曲线不重合特性称为磁化的不可逆性。磁感应强度B 的改变滞后于磁场强度H 的现象称为磁滞现象。