电感元件设计规范

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1、1电磁学基本概念及公式21.1基本概念21.2基本公式22磁元件的基本特性32.1磁滞效应(HysteresisEffect)：32.2霍尔效应(HallEffect):32.3临近效应(ProximityEffect)32.4磁材料的饱和42.5磁芯损耗43电感磁芯的分类及特点53.1磁芯材料的分类及其特点53.1.1铁氧体(Ferrite)53.1.2硅钢片(SiliconSteel)63.1.3铁镰合金(又称坡莫合金或MPP)63.1.4铁粉芯(IronPowder)63.7.5铁硅铝粉芯(又称Sendust

2、或KoolMu)63.2磁芯的外形分类：63.3电感的结构组成73.3」环型电感.73.3.2EE型电感/变压器83.4电感的主要类型：83.5电感磁芯主要参数说明94电感在UPS中的应用95电感设计的原则125」原则一：电感不饱和(感值下降不超出合理范围)125.2原则二：电感损耗导致的温升在允许的范I韦I内(考虑使用寿命)155.3原则三：电感的工艺要求可以达成176电感设计规范表18目的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，

3、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0表示，单位韦伯（忸）。2）磁通密度（磁感应强度）：垂宜于磁力线的方向上单位面积的磁通量，以〃表示，单位高斯（Gauss）或特斯拉（T）,1T二10"Gauss。3）磁场强度：单位磁极在磁场屮的磁力，以〃表示，单位安［培］每米（A/m）或奥斯特（Oe）,10e=103/4jiA/m。4）磁导率：磁通密度与磁场强度之比，以“表示，实际使用中通常指和对于真空的

4、磁导率，真空中的磁导率Po=4nX10-7H/mo5）磁体：磁导率远大于〃。的物质，如铁，鎳，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，以尸表示。8）自感：磁通变化率与电流变化率之比称自感，以厶表示。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Z比称为A线圈对B线圈的互感，以M表示。图2」环形铁心的铁窗面枳与磁路长度示意图1.2基木公式磁导率p=B/H磁

5、势F=NI磁通磁通密度B=（/）/A其中A为铁窗面积磁场强度H=NI/l其中/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€=N仏1dtwtn=-BHV其中V为磁场中磁体的体积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O电阻R磁阻R表2.1磁滞曲线图2磁元件的基本特性1.1磁滞效应(HysteresisEffect)：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

6、象称为磁滞。MagneticFluxDensity-SaturationFluxDensityRemanence-MagneticFieldStrengthCoerciveForceInitialPermeabilityMaximumAmplitudePermeability1.2霍尔效应(HallEffect)：流过电流的导体穿过磁场时，在导体两端产牛感应电势的现象，称为霍尔效应。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

7、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吋，其磁通不再增加（见图3」磁滞冋线的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/和磁滞回线的面积。涡流损耗是指当通过磁芯的磁通交变吋，会在磁芯中感应电势，该电势进而在磁芯屮产生电流，从而产生

8、损耗，它与磁芯材料的电阻率有关，与频率/也有关。3电感磁芯的分类及特点3.1磁芯材料的分类及其特点合金类(-晶态合金J铁镰合金MPPVr铁基非晶<非晶态V钻基非晶合金铁镰基非晶J纳米晶硅钢片软磁材料•粉芯类厂铁粉芯铁硅铝粉芯KooLMuVHighFluxJMPP粉芯{Mn-ZnNi-Nn3.1.1铁氧体(Ferrite)以Fe2O3为主成分的亚铁磁性氧化物，