開關電源中的高頻磁元件的設計

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1、第4章高頻開關電源中的磁元件設計123磁性材料的概述高頻變壓器設計方法磁性材料及鐵氧體磁性材料基本內容這里討論的磁性元件是指繞組和磁芯。繞組可以是一個繞組，也可以是兩個或多個繞組。它是儲能、轉換及隔離所必備的元件。常把它作為變壓器或電感器使用。當變壓器用，可起作用為：1)電氣隔離；2)變比不同，達到電壓升、降；3)大功率整流副邊相移不同，有利紋波系數減??；4)磁耦合傳送能量；5)測量電壓、電流。當電感器用，可起作用為：1)儲能、平波、濾波；2)抑制尖峰電壓或電流，保護易受電壓、電流損壞的電子元件；3)與電容器構成諧振，產生方向交變的電壓或電流。目錄4.1磁性材

2、料的概述4.1.1磁元件在開關電源中的作用4.1.2磁性元件對設計的重要意義4.1.3磁性材料的磁化4.1.4磁性材料的基本特性4.2磁性材料及鐵氧體磁性材料4.3高頻變壓器設計方法4.1.1磁元件在開關電源中的作用4.1.2磁性元件對設計的重要意義磁性元件是開關變換器中必備的元件。但又不易透徹掌握工作情況(包括磁材料特性的非線性，特性與溫度、頻率、氣隙的依賴性和不易測量性)。在選用元件時，不像電子元件可以有現成成品選擇。絕大多數磁性元件都是要自行設計，主要是變壓器和電感器涉及的參數太多，例如：電壓、電流、頻率、溫度、能量、電感量、變比、漏電感、磁材料參數、銅

3、損耗、鐵損耗等等。磁材料參數測量因難，也增加了人們的困惑感。絕大多數磁元件要自行設計，或提供參數委托設計、加工。目錄4.1磁性材料的概述4.1.1磁元件在開關電源中的作用4.1.2磁性元件對設計的重要意義4.1.3磁性材料的磁化4.1.4磁性材料的基本特性4.2磁性材料及鐵氧體磁性材料4.3高頻變壓器設計方法4.1.3磁性材料的磁化物質的磁化需要外磁場。相對外磁場而言，被磁化的物質稱為磁介質。將鐵磁物質放到磁場中，磁感應強度顯著增大。磁場使得鐵磁物質呈現磁性的現象稱為鐵磁物質的磁化。鐵磁物質之所以能被磁化，是因為這類物質不同于非磁物質，在其內部有許多自發(fā)磁化的

4、小區(qū)域—磁疇。在沒有外磁場作用時，這些磁疇排列的方向是雜亂無章的(圖5-1(a))，小磁疇間的磁場是相互抵消的，整個磁介質對外不呈現磁性。如給磁性材料加外磁場，材料中的磁疇順著磁場方向轉動，加強了材料內的磁場。隨著外磁場加強，轉到外磁場方向的磁疇就越來越多，與外磁場同向的磁感應強度就越強，如圖5-1(b)～（d）所示，這就是說材料被磁化了。目錄4.1磁性材料的概述4.1.1磁元件在開關電源中的作用4.1.2磁性元件對設計的重要意義4.1.3磁性材料的磁化4.1.4磁性材料的基本特性4.2磁性材料及鐵氧體磁性材料4.3高頻變壓器設計方法(a)(b)(c)(d)圖

5、5-1鐵磁物質磁化過程中的磁疇排列4.1.3磁性材料的磁化目錄4.1磁性材料的概述4.1.1磁元件在開關電源中的作用4.1.2磁性元件對設計的重要意義4.1.3磁性材料的磁化4.1.4磁性材料的基本特性4.2磁性材料及鐵氧體磁性材料4.3高頻變壓器設計方法1、磁性材料的磁化過程如將完全無磁狀態(tài)的鐵磁物質放在磁場中，磁場強度從零逐漸增加，測量鐵磁物質的磁通密度B，得到磁通密度和磁場強度H之間關系，并用B-H曲線表示，該曲線稱為磁化曲線，如圖5-2曲線C所示。圖5-2鐵磁物質的磁化特性4.1.3磁性材料的磁化目錄4.1磁性材料的概述4.1.1磁元件在開關電源中的作

6、用4.1.2磁性元件對設計的重要意義4.1.3磁性材料的磁化4.1.4磁性材料的基本特性4.2磁性材料及鐵氧體磁性材料4.3高頻變壓器設計方法當磁介質置于磁場中，外磁場較弱時，隨著磁場強度的增加，與外磁場方向相差不大的那部分磁疇逐漸轉向外磁場方向（圖5-1（b）），磁感應B隨外磁場增加而增加(圖5-2中oa段)。如果將外磁場H逐漸減少到零時，B仍能沿ao回到零，即磁疇發(fā)生了“彈性”轉動，故這一段磁化是可逆的。當從磁場繼續(xù)增大時，與外磁場方向相近的磁疇已經趨向于外磁場方向，那些與磁場方向相差較大的磁疇克服“摩擦”，也開始轉向外磁場方向（圖5-1（c）），因此磁感

7、應B隨H增大急劇上升，如磁化曲線ab段。如果把ab段放大了看，曲線呈現階梯狀，說明磁化過程是跳躍式進行的。如果這時減少外磁場，B將不再沿ba段回到零，過程是不可逆的。4.1.3磁性材料的磁化目錄4.1磁性材料的概述4.1.1磁元件在開關電源中的作用4.1.2磁性元件對設計的重要意義4.1.3磁性材料的磁化4.1.4磁性材料的基本特性4.2磁性材料及鐵氧體磁性材料4.3高頻變壓器設計方法2、飽和磁滯回線如果將鐵磁物質沿磁化曲線OS由完全去磁狀態(tài)磁化到飽和Bs（如圖5-3所示），此時如將外磁場H減小，B值將不再按照原來的初始磁化曲線(0S)減小，而是更加緩慢地沿較

8、高的B減小，這是因為發(fā)生剛性轉動的磁疇