現代電力電子技術課件1第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日磁性元件變壓器電感工頻、中頻、高頻變壓器驅動變壓器；隔離變換器；電流互感器直流濾波電感；交流濾波電感；儲能電感；諧振電感；EMI抑制電感2第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日磁性元器件—電感器和變壓器表征磁性元件的大多數參數(電感量，電壓、電流處理能力，頻率，匝比，漏感，損耗)對制造商是無所適從的。

所以很難從市場上購得標準的磁性元器件，電源設計工作的大部分就是磁性元件的設計。對磁性元器件理解與設計能力是目前電力電子工程師的必備能力之一3第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.1磁學基礎4第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日MagneticfieldHandmagnetomotiveforceF7.1磁學基礎5第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日FluxdensityBandtotalfluxΦ7.1磁學基礎6第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.1磁學基礎7第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日BS:飽和磁感應強度Br:剩余磁感應強度Hc:矯頑力基本磁化曲線7.1磁學基礎8第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日二、相對磁導率μr7.1磁學基礎一、絕對磁導率μ越大表明產生相同磁感應強度所需激磁H越小。真空：μ＝μ0＝410-7H/m三、等效磁導率μe9第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日最大磁導率μmμr值是隨磁場強度變化的曲線。在某一磁場強度下，相對磁導率達到最大值，稱為最大磁導率μm

。初始磁導率μi當激勵磁場強度H→0時的磁導率稱為初始磁導率μi：7.1磁學基礎10第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日增量磁導率μ?

在一個直流磁場上疊加一個交流磁場時，交流分量的磁導率即為增量磁導率μ?。7.1磁學基礎11第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日磁導率7.1磁學基礎12第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日磁導率7.1磁學基礎13第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日等效磁導率μe(磁路加氣隙后的磁導率)7.1磁學基礎14第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日有效磁導率μe(磁路加氣隙后的磁導率)根據全電流定律有磁芯磁通密度Bc=Bδ氣隙磁通密度等效磁導率μe7.1磁學基礎15第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日有效磁導率μe(磁路加氣隙后的磁導率)

合成磁化曲線的線性度比材料磁化曲線好得多。也就是說磁芯材料特性的非線性被磁阻大得多的線性氣隙“湮沒”了。而且可通過改變氣隙的大小，方便地改變磁芯的有效磁導率。其次，由于氣隙的去磁作用，磁芯的剩磁感應(Br)大大下降了，這個性能對單向磁化應用非常有用。7.1磁學基礎16第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日磁性材料的損耗銅損：集膚效應鐵損：磁滯損耗和渦流損耗磁滯回線包括的面積越大，損耗越大材料的電阻率越大，損耗越大；工作頻率越高，損耗越大7.1磁學基礎17第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.2電力電子電路中磁芯的三種典型工作狀態Ⅰ類工作狀態－局部磁化（Buck變換器濾波電感磁芯）18第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.2磁芯的三種不同工作狀態Ⅰ類工作狀態－局部磁化（Buck變換器濾波電感磁芯）這類磁芯工作狀態稱為Ⅰ類工作狀態，也稱為直流濾波電感工作狀態。屬于這類工作狀態的電感還有Boost電感、Boost/Buck電感、正激、非對稱半橋以及所有推挽拓撲－推挽、半橋和全橋變換器輸出濾波電感磁芯，以及單端反激變換器的電感—變壓器磁芯。19第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.2磁芯的三種不同工作狀態Ⅰ類工作狀態－局部磁化特點1.工作在電流連續狀態下,直流偏磁大,交流分量小,工作于局部磁化曲線上,磁芯的磁導率是局部(增量)磁導率。由于只包圍局部磁滯回線面積小，磁滯和渦流損耗都小。因此選擇盡可能高的飽和磁通密度材料，有利于減少這類磁芯的體積。2.由于含有較大的直流分量，因此在磁芯中產生很大的磁場強度H，為了不使磁芯飽和，磁芯的磁導率不應當太高，即采用寬恒磁導率材料。如果采用高磁導率的磁芯，通過在磁路中添加氣隙減少磁導率，這時的磁導率為有效磁導率μe，并可通過氣隙的大小改變有效磁導率。20第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.2磁芯的三種不同工作狀態Ⅱ類工作狀態－單向磁化（正激變換器變壓器）21第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.2磁性材料中磁芯的三種不同工作狀態Ⅱ類工作狀態－單向磁化（正激變換器變壓器）

這類磁芯工作狀態與濾波電感磁芯相似，都是單向磁化。不同之處在于當晶體管導通時，正激變壓器磁芯從零磁場強度單方向磁化到磁感應最大值；當晶體管截止時，磁芯恢復到零磁場強度對應的磁感應值。如果不能回到導通時的磁芯初始磁化值，磁芯將逐漸磁化到±BS。磁芯工作磁化曲線如圖5-5(c)所示。這類磁芯工作狀態稱為Ⅱ類工作狀態或正激工作狀態。屬于這類工作磁芯狀態的除了正激變換器的功率變壓器外，還有脈沖驅動變壓器，直流脈沖電流互感器等。22第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.2磁芯的三種不同工作狀態Ⅱ類工作狀態－單向磁化特點磁芯工作在磁化曲線的第一象限－單向磁化。磁芯工作在飽和磁感應Bs和剩磁感應Br之間，ΔB=Bm-Br。磁化電流從零開始，不參與能量傳輸，并在晶體管截止時，還要將其返回電源。如果此電流大，由此引起的線圈銅損和晶體管損耗就大。因此，應當盡可能采用剩磁感應小，而高磁導率的材料，減少磁化電流。在功率變換器中，為減少變壓器的體積，在損耗允許的情況下盡量選擇較高的磁通密度。變壓器磁芯常留有一個很小氣隙，使得Br

大大降低，以增大磁感應擺幅。盡管激磁電流有所增加，但提高了ΔBm，減少磁芯體積。總之，這類磁芯應選擇高有效磁導率μe，高Bs，低Br

材料。23第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.2磁芯的三種不同工作狀態Ⅲ類工作狀態－雙向磁化（推挽型、全橋變換器變壓器）24第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.2磁芯的三種不同工作狀態Ⅲ類工作狀態－雙向磁化（推挽型、全橋變換器變壓器）25第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.2磁芯的三種不同工作狀態Ⅲ類工作狀態－雙向磁化（推挽型、全橋變換器變壓器）26第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.2磁芯的三種不同工作狀態Ⅲ類工作狀態－雙向磁化（推挽型、全橋變換器變壓器）27第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.2磁芯的三種不同工作狀態Ⅲ類工作狀態－雙向磁化特點磁芯的磁感應在±Bm

變化，在半周期內變化2Bm。在損耗允許的情況（低頻）下，一般取Bm<BS。磁芯材料的飽和磁感應越高，Bm取值越高，磁芯的體積較小。

因為磁芯雙向磁化，每個周期磁芯沿整個磁化曲線磁化一次，頻率越高，磁芯損耗越大。尤其工作于高頻時，除了磁滯損耗，磁芯渦流損耗隨頻率和磁感應強度增加而指數增加，限制了Bm的取值。即在高頻時，為了使磁芯溫度不超過允許值，由允許的磁芯損耗決定磁芯的允許磁感應值，Bm

值一般遠小于BS。因此高頻時，Ⅲ類與Ⅱ類工作狀態磁芯尺寸差別不大。對于大多數材料，在高頻>100kHz）應用時飽和磁感應強度高低是無關緊要的。28第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.2磁芯的三種不同工作狀態Ⅲ類工作狀態－雙向磁化特點磁芯的磁感應在±Bm

變化，在半周期內變化2Bm。在損耗允許的情況（低頻）下，一般取Bm<BS。磁芯材料的飽和磁感應越高，Bm取值越高，磁芯的體積較小。因為磁芯雙向磁化，每個周期磁芯沿整個磁化曲線磁化一次，頻率越高，磁芯損耗越大。尤其工作于高頻時，除了磁滯損耗，磁芯渦流損耗隨頻率和磁感應強度增加而指數增加，限制了Bm的取值。即在高頻時，為了使磁芯溫度不超過允許值，由允許的磁芯損耗決定磁芯的允許磁感應值，Bm

值一般遠小于BS。因此高頻時，Ⅲ類與Ⅱ類工作狀態磁芯尺寸差別不大。對于大多數材料，在高頻（>100kHz）應用時飽和磁感應強度高低是無關緊要的。對于工作在Ⅲ類的磁芯材料應具有高電阻率ρ，低的Br

或HC，或兩者都小，以及高的飽和磁感應BS。此外，為了減少磁芯存儲能量，磁芯應當具有盡可能高μ。29第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.3磁性器件在功率電路使用中注意的問題

(1)磁導率要高(2)要求具有很小的矯頑力Hc和狹窄的磁滯回線(3)電阻率ρ要高(4)具有較高的飽和磁感應強度BS考慮溫度特性30第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.4電容元件功率電路中的電容元件作用：儲能要求：1.容量大2.承受電壓高3.最大充放電電流31第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.4電容元件特點：工作在高頻狀態；不止一個頻率符號高頻等效電路32第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.4電容元件等效阻抗：阻抗特性阻性33第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.4電容元件一個常用的方法：大電容并小電容470uF0.1uF無感電容34第三十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.4電容元件電子電路中電容的功能：隔直，耦合，旁路，濾波，調諧回路，能量轉換，控制電路等方面標稱容量以及允許偏差：目前我國采用的固定式標稱容量系列是：E24，E12,E6系列。他們分別使用的允許偏差是+-5%+-10%+-20%。電容的頻率特性：隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現下降的規律。電容器的擊穿電壓：電容器正常漏導的穩定狀態被破壞的電壓。35第三十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.4電容元件電容器的絕緣電阻：

直流電壓加在電容上，并產生漏導電流