电子器件基础-第二章

1、文文 天天 龙龙电子科技大学微电子与固体电子学院电子科技大学微电子与固体电子学院办公办公室：微固楼室：微固楼217电子邮电子邮件：件：电子器件基础电子器件基础复习复习1.退磁场退磁场2.磁损磁损耗：耗： 静态：磁滞损耗静态：磁滞损耗 （磁能面积）（磁能面积） 动态：磁滞损耗，涡流损耗，剩余损耗动态：磁滞损耗，涡流损耗，剩余损耗3.动态的磁导率为复数动态的磁导率为复数 4.环形磁芯环形磁芯的电感的电感5.环形磁芯的等效电路：环形磁芯的等效电路： 串联等效：串联等效： 并联等效：并联等效： 6. 磁势：磁势：F=NI=HL, 磁阻：磁阻： R=F/, 磁导：磁导：G=1/R=L/N2第二章磁芯与绕

2、组第二章磁芯与绕组2.12.1磁芯的等效参数磁芯的等效参数对于环形磁芯来说，从内向外，半径对于环形磁芯来说，从内向外，半径r逐渐增大，因此磁逐渐增大，因此磁场场H逐渐减小。逐渐减小。把一个实际的磁芯等效成一个具有有效面积为把一个实际的磁芯等效成一个具有有效面积为Ae ，有效长，有效长度为度为le ，均匀磁化的理想磁芯（即该磁芯上各点的，均匀磁化的理想磁芯（即该磁芯上各点的H相同）相同）r等效的面积为等效的面积为Ae,等效等长度为等效等长度为le, 磁场均匀为磁场均匀为一磁芯的尺寸一磁芯的尺寸等效的磁体内处处相同等效的磁体内处处相同，等，等效的面积为效的面积为Ae,等效等长度为等效等长度为ler

3、二二气隙对于磁芯的磁阻和有效磁导率的影响气隙对于磁芯的磁阻和有效磁导率的影响设气隙的长度为设气隙的长度为lg ，截面积为，截面积为Ag ，则，则而等效为圆环故当气隙开得很小时Ag=Ae表表明磁芯有效磁导率的相对变化率比材料磁导率的相对变化率明磁芯有效磁导率的相对变化率比材料磁导率的相对变化率缩小了一个因缩小了一个因子通子通常称为稀释因子常称为稀释因子如温度系数：从从0oC到到100之间，磁导变化之间，磁导变化30%到到50%， 开隙以后，磁导率假开隙以后，磁导率假如从如从10000变为变为100，则电感的变化只有，则电感的变化只有0.3% 到到0.5%。但是电感。但是电感量减少量减少100倍，

4、为了获得同样的电感，绕线匝数要增加倍，为了获得同样的电感，绕线匝数要增加10倍。倍。三气隙对磁芯的磁滞回线或者磁化曲线的影响三气隙对磁芯的磁滞回线或者磁化曲线的影响由于气隙引起的退磁场，使作用于磁芯的实际磁场降低为达到由于气隙引起的退磁场，使作用于磁芯的实际磁场降低为达到相同的相同的B，就需要更大的外磁场就需要更大的外磁场H。从而使磁滞回线或磁化曲线从而使磁滞回线或磁化曲线的斜率减小。的斜率减小。四气隙对磁损耗的影响四气隙对磁损耗的影响因为外加电压不变，根据公式因为外加电压不变，根据公式则当频率不变时，开不开隙，磁感应强度则当频率不变时，开不开隙，磁感应强度B不变。而磁损耗和不变。而磁损耗和B

5、及及f相关，因此开隙后磁芯的功率损耗密度并不发生变化，但开相关，因此开隙后磁芯的功率损耗密度并不发生变化，但开隙后体积降低，故总损耗降低。隙后体积降低，故总损耗降低。复习复习1. 环形环形磁芯的等磁芯的等效尺寸效尺寸对于长方形横切面：对于长方形横切面：2. 开隙环形开隙环形磁芯的等磁芯的等效磁导率效磁导率3. 稀释因子：稀释因子：2.22.2短气隙磁芯的特征短气隙磁芯的特征一气隙的磁位一气隙的磁位二二气隙的磁阻气隙的磁阻对于气隙对于同等长度的材料故磁阻主要是集中在空隙上。问题: 气隙和材料中的磁场那一个大?三三用电路模拟用电路模拟材料相当于导线, 气隙相当于负载,材料的磁阻要小,磁导要大问问题

6、：磁通多少？电感多少？题：磁通多少？电感多少？等等效磁导率多少？效磁导率多少？开空隙处和材料中的等效磁场多少？开空隙处和材料中的等效磁场多少？问题问题1.对对于闭合磁于闭合磁环：磁通多少？电感多少？环：磁通多少？电感多少？2.开隙以开隙以后材料里面的磁场如何变化？后材料里面的磁场如何变化？2.32.3磁芯的形状及特征磁芯的形状及特征任何磁性器件都是由磁芯加绕组一起构成，虽然不同的磁性器件任何磁性器件都是由磁芯加绕组一起构成，虽然不同的磁性器件在设计和应用时有不同的特征和技术要求，但对于所有的磁性器在设计和应用时有不同的特征和技术要求，但对于所有的磁性器件而言，其所采用的磁芯和绕组都具有一些共性

7、的东西。件而言，其所采用的磁芯和绕组都具有一些共性的东西。就就现在得到广泛使用的磁芯来说。可以有两种分类的方法，其一现在得到广泛使用的磁芯来说。可以有两种分类的方法，其一是根据组成磁芯的部分来分。如果一块材料就构成了一个完整的是根据组成磁芯的部分来分。如果一块材料就构成了一个完整的磁芯，这样的磁芯称为磁芯，这样的磁芯称为单一磁芯单一磁芯。如我们常见的环形磁芯，双孔。如我们常见的环形磁芯，双孔磁芯、棒状磁芯等。常见单一磁芯如下图所示：磁芯、棒状磁芯等。常见单一磁芯如下图所示：如果磁芯必须要又两块或两块以上的材料（绝大部分都是由两块如果磁芯必须要又两块或两块以上的材料（绝大部分都是由两块构成）组合

8、构成的话，这样的磁芯称为构成）组合构成的话，这样的磁芯称为组合磁芯组合磁芯。如我们常见的。如我们常见的E型磁芯、罐形磁芯、型磁芯、罐形磁芯、EP型磁芯等等。常见组合磁芯如下图所示：型磁芯等等。常见组合磁芯如下图所示： E型磁芯型磁芯 罐型磁芯罐型磁芯相比于单一磁芯，组合磁芯最大的好处是绕线方便。一般组合磁相比于单一磁芯，组合磁芯最大的好处是绕线方便。一般组合磁芯在应用时都会配一个相应尺寸的塑料骨架，绕线时可以借助自芯在应用时都会配一个相应尺寸的塑料骨架，绕线时可以借助自动绕线机将绕组直接绕制在骨架上，这样可以大大提高绕线的效动绕线机将绕组直接绕制在骨架上，这样可以大大提高绕线的效率以及一致性。

9、然后再将绕好线的骨架嵌入到组合磁芯中并固定率以及一致性。然后再将绕好线的骨架嵌入到组合磁芯中并固定好，即可构成磁性器件。好，即可构成磁性器件。当磁芯由组合构成时，由于在接触面上当磁芯由组合构成时，由于在接触面上会产生气隙和退磁场，因此磁芯的有效会产生气隙和退磁场，因此磁芯的有效磁导率相比磁芯材料的磁导率会有下降。磁导率相比磁芯材料的磁导率会有下降。下降的程下降的程度视气度视气隙的大小而定。对于不隙的大小而定。对于不希望有效磁导率下降的组合磁芯，可以希望有效磁导率下降的组合磁芯，可以对组合磁芯的所有接触面都进行对组合磁芯的所有接触面都进行抛光处抛光处理，以尽可能的降低气隙的大小。理，以尽可能的降

10、低气隙的大小。 组合磁芯及其骨架示意组合磁芯及其骨架示意 此外，如果根据磁芯的形状，即磁力线此外，如果根据磁芯的形状，即磁力线的路径来分，磁芯又可以分为的路径来分，磁芯又可以分为开路磁芯开路磁芯和和闭路磁芯闭路磁芯两大类型。两大类型。 第一类为开路磁芯，这种磁芯的磁路是开路的，通过磁芯的磁感第一类为开路磁芯，这种磁芯的磁路是开路的，通过磁芯的磁感应强度同时要通过周围空间才能形成闭合回路。常见的开路磁芯应强度同时要通过周围空间才能形成闭合回路。常见的开路磁芯包括棒状磁芯、工型磁芯。开路磁芯的有效磁导率决定于磁芯材包括棒状磁芯、工型磁芯。开路磁芯的有效磁导率决定于磁芯材料和磁芯尺寸比。料和磁芯尺寸

11、比。 第二类为闭合磁芯，这类磁芯的磁路是闭合的，或基本上是闭合第二类为闭合磁芯，这类磁芯的磁路是闭合的，或基本上是闭合的（组合磁芯如果没有刻意开大的气隙，也认为是闭合磁芯），的（组合磁芯如果没有刻意开大的气隙，也认为是闭合磁芯），磁感应强度在磁芯内形成闭合回路。磁感应强度在磁芯内形成闭合回路。 2.42.4绕组特征绕组特征一一 绕组空间的概念绕组空间的概念绕组面积Aw 和窗口面积Aa二二 绕制的方式，占空比绕制的方式，占空比（a）正方形排列方式 （b）六角形排列方式占空因子占空因子Fw表示绕组中的铜导线的总面积与绕组的实际截面积表示绕组中的铜导线的总面积与绕组的实际截面积的比值，其表达式为：的

12、比值，其表达式为：绕组的实际截面积绕组中铜导线的总面积wF正方形排列方式：正方形排列方式：六角形排六角形排列方式：列方式：d0d非理非理想绕线：想绕线：绕线绕线的匝数的匝数：三三 绕线的直流电阻绕线的直流电阻：R直流电阻， l总长度, A铜线横截面积， 电阻率lw一匝线的平均长度， d铜线的直径优值：与匝数无关，越小越好当绕线充满整个窗口时变压器：两个不同的绕组总的绕组功耗如果两个绕组用的铜线一样，绕线处的长度一样lw1=lw2=lw, Fw1=Fw2=FwAw1+Aw2=A (绕组总面积 ）功率最小时：Aw1=Aw22.42.4绕组绕组直流电直流电阻和交流损耗阻和交流损耗1、直流电阻的计算，

13、注意、直流电阻的计算，注意Rd/L与匝数无关与匝数无关如果有初次两个绕组，两绕组所占面积相当时绕组损耗最小。如果有初次两个绕组，两绕组所占面积相当时绕组损耗最小。2、绕组中的交流损耗、绕组中的交流损耗包括集肤效应和邻近效应引起的涡流损耗包括集肤效应和邻近效应引起的涡流损耗可通过用多股相互搓捻的细导线代替单股导线的方式降低交流损耗可通过用多股相互搓捻的细导线代替单股导线的方式降低交流损耗练习练习题题r锰锌铁氧体磁环（相对磁导率为锰锌铁氧体磁环（相对磁导率为640)的内径为的内径为1 cm, 外外径径为为2 cm, 横截面为矩形，高为横截面为矩形，高为1 cm，用外径为，用外径为1mm，铜芯为铜芯为0.8mm的线致密的沿磁环绕一层：的线致密的沿磁环绕一层：（）求）求匝匝数数（）求电感）求电感（）如果在锰锌磁环上开一个）如果在锰锌磁环上