第6章磁元件的設(shè)計(jì)第6章磁元件的設(shè)計(jì)計(jì)算6.1磁性元件概述6.2磁性材料及磁芯結(jié)構(gòu)6.3變壓器的設(shè)計(jì)6.4電感的設(shè)計(jì)6.1磁性元件概述

磁性元件是電能儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)換及隔離的必備元件。

當(dāng)其做為變壓器使用時(shí)，其主要作用為：電氣隔離；變換電壓達(dá)到電壓升降的目的；應(yīng)用于大功率整流，有利于紋波系數(shù)減??；磁耦合傳送能量；測(cè)量電壓、電流等。

做為電感器使用時(shí)，其主要作用為：儲(chǔ)能、平波和濾波；抑制尖峰電壓或電流，保護(hù)易受電壓、電流損壞的電子元件；與電容器構(gòu)成諧振，產(chǎn)生方向交變的電壓或電流等。1.磁性元件不像其它的電子元件有現(xiàn)成產(chǎn)品可供選擇，磁性元件往往需要單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這是因?yàn)樽儔浩骱碗姼衅魃婕暗膮?shù)太多，而磁性材料的非線性特性及易受工作條件的影響，使得生產(chǎn)廠家不可能提供種類繁多的現(xiàn)貨供用戶選擇。通常都包括電磁參數(shù)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分。1）電磁參數(shù)計(jì)算主要是根據(jù)其額定容量、電壓、電流、頻率、溫升等要求來(lái)選擇合適的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料及電磁負(fù)荷，確定鐵芯、線圈等組件的規(guī)格、尺寸。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)合理地布置線圈、鐵芯、絕緣、引線等。2.磁性元件的發(fā)展趨勢(shì)(1)高頻化提高電源頻率可大大縮小變壓器體積，減輕重量？。目前開(kāi)關(guān)電源的頻率可達(dá)10MHz左右，開(kāi)關(guān)變壓器每瓦質(zhì)量數(shù)在1g以下。具有高頻低損耗的非晶態(tài)合金和超微晶合金的問(wèn)世，以及新型鐵氧體的開(kāi)發(fā)為磁性元件高頻化開(kāi)創(chuàng)了良好條件的情況下，功率器件模塊化又使高頻化磁性元件走向?qū)嵱秒A段。(2)提高絕緣耐熱等級(jí)大功率變壓器的體積、質(zhì)量受溫升的制約，提高變壓器的絕緣耐熱等級(jí)可大大縮小變壓器的體積。目前，H級(jí)絕緣材料和導(dǎo)線均已實(shí)用化生產(chǎn)，為H級(jí)變壓器的工業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造了良好條件。(3)采用新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)目前，高磁感低損耗硅鋼的鐵損P1.7/50在1W以下，為磁性元件小型化提供了性能優(yōu)良的鐵芯材料。無(wú)紡玻璃布、復(fù)合絕緣材料、纖維紙、低介電常數(shù)薄膜材料的出現(xiàn)減薄了磁性元件絕緣層厚度，既提高了磁性元件的性能，又縮小了體積。6.2磁性材料及磁芯結(jié)構(gòu)6.2.1磁性材料基本特性6.2.2磁性材料的分類6.2.3磁芯材料的選擇6.2.4磁芯結(jié)構(gòu)6.2.1磁性材料基本特性不同的材料在磁場(chǎng)中磁化的特征不同，通常用磁導(dǎo)率μ或相對(duì)磁導(dǎo)率μr表示材料磁化能力（導(dǎo)通磁通能力）的大小。

不同點(diǎn)電流產(chǎn)生磁密不同，但磁場(chǎng)強(qiáng)度一樣

磁導(dǎo)率是磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H的比值；

相對(duì)磁導(dǎo)率是相對(duì)真空磁導(dǎo)率的比例系數(shù)

順磁材料、逆磁材料和鐵磁材料(1)磁化曲線初始磁導(dǎo)率μi：磁化曲線初始段的斜率。最大磁導(dǎo)率μmax：如曲線A點(diǎn)處。增量磁導(dǎo)率μ?：在有附加直流磁化情況下，磁通密度B峰峰值對(duì)應(yīng)磁化曲線的斜率。

有效磁導(dǎo)率μe：如果磁路不是單一材料（即包括空氣隙），則有效磁導(dǎo)率μe表示為一個(gè)假想的由單一材料（無(wú)氣隙）構(gòu)成磁路的磁導(dǎo)率。(2)磁滯回線飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs：隨著磁芯中磁場(chǎng)強(qiáng)度H增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度出現(xiàn)飽和時(shí)的B值，稱飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs。剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br：磁芯從磁飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，剩余的磁感應(yīng)強(qiáng)度（或稱殘留磁通密度）。矯頑力Hc：磁芯從飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，繼續(xù)反向磁化，直至磁感應(yīng)強(qiáng)度減小到零，此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力（或保磁力）。(3)磁芯損耗（鐵損）磁芯損耗通常包括磁滯損耗、渦流損耗和殘留損耗。

鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中，材料被反復(fù)交變磁化，與此同時(shí)，磁疇相互間不停地摩擦、消耗能量、造成損耗，這種損耗稱為磁滯損耗。分析表明，磁滯損耗與磁場(chǎng)交變的頻率、磁芯的體積和磁滯回線的面積成正比。工程計(jì)算用式為：

頻率越高，磁通密度越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大，渦流損耗亦越大；磁芯的電阻率越大，渦流所流過(guò)的路徑越長(zhǎng)，渦流損耗就越小。(4)居里溫度Tc

磁性物質(zhì)被磁化后具有很強(qiáng)的磁性，但隨著溫度的升高，金屬點(diǎn)陣熱運(yùn)動(dòng)的加劇會(huì)影響磁疇磁矩的有序排列。當(dāng)溫度達(dá)到足以破壞磁疇磁矩的整齊排列時(shí)，磁疇被瓦解，平均磁矩變?yōu)榱悖判晕镔|(zhì)的磁性消失變?yōu)轫槾盼镔|(zhì)，與磁疇相聯(lián)系的一系列磁性性質(zhì)全部消失，相應(yīng)的磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率轉(zhuǎn)化為順磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率。與磁性性消失時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度即為居里點(diǎn)溫度。(4)居里溫度Tc其定義見(jiàn)圖，即在μ-T曲線上80％---連線與μ=T的交叉點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的溫度，即為居里溫度TC。在該溫度下磁芯的磁狀態(tài)由鐵磁性轉(zhuǎn)變成順磁性。磁體的磁場(chǎng)很容易隨周圍磁場(chǎng)的改變而改變。這時(shí)的磁敏感度約為10的負(fù)6次方。(5)磁路的基本定律安培環(huán)路定理可簡(jiǎn)化為H是磁場(chǎng)強(qiáng)度(A/m)，MPL是磁路等效長(zhǎng)度(m)，N是線圈匝數(shù)(匝)，I是線圈中電流(A)。磁路的磁動(dòng)勢(shì)Fm定義為磁路中的歐姆定律式中，Φ是磁通(Wb)

；Rm是磁阻，可表示為6.2.2磁性材料的分類

按照磁滯回線形狀的不同，鐵磁材料可分為硬磁(永磁)材料和軟磁材料兩大類。硬磁(永磁)材料的磁滯回線寬、剩磁Br和矯頑力Hc都大，剩磁大可用以制成永久磁鐵，因而硬磁材料亦稱為永磁材料。通常，永磁材料的磁性能用剩磁Br、矯頑力Hc和最大磁能積(BH)max三項(xiàng)指標(biāo)來(lái)表征。1．金屬軟磁性材料(1)硅鋼(2)精密軟磁合金(3)非晶和超微晶合金2.軟磁鐵氧體材料

用于寬帶變壓器、脈沖變壓器、高頻功率變壓器、抗噪聲濾波器、高頻電感器和偏轉(zhuǎn)線圈等場(chǎng)合。3.磁性粉末材料

粉末磁芯主要用于開(kāi)關(guān)電源中的儲(chǔ)能電感、直流濾波電感、高Q諧振電感、EMI/RFI濾波電感、調(diào)光電感、功率因數(shù)校準(zhǔn)電感、寬帶變壓器、逆變與變換器電感等場(chǎng)合。6.2.3磁芯材料的選擇在設(shè)計(jì)時(shí)要從成本、體積和性能等幾方面來(lái)考慮，要達(dá)到所有要求幾乎是不可能的。目前磁器件都工作在從音頻以下到兆頻范圍，可用的磁性材料有硅鋼、鎳鐵（坡莫合金）、鈷鐵、非晶態(tài)金屬合金和鐵氧體等，還有派生的變種，如鉬坡莫合金粉末、鐵硅鋁磁合金粉末和鐵粉末。設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)從中選出最能滿足其磁特性要求的一種，這些磁特性包括：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率、電阻率、剩磁和矯頑力。6.2.4磁芯結(jié)構(gòu)

（1）疊片通常由硅鋼或鎳鋼薄片沖剪成E、I、F、O等形狀，疊成一個(gè)鐵芯。（2）環(huán)形鐵芯（toroid）由O型薄片疊成，也可由窄長(zhǎng)的硅鋼、合金鋼帶卷繞而成，此形鐵芯繞線困難。（3）C形鐵芯，此種鐵芯可免去環(huán)形鐵芯繞線困難的缺點(diǎn)，由兩個(gè)C型鐵芯對(duì)接而成。因此，可用機(jī)械繞線，線圈也可填滿整個(gè)窗口。（4）罐形（POT）鐵芯，它是磁芯在外，銅線圈在里，免去環(huán)形線圈繞線不便的一種結(jié)構(gòu)形式，可以減少EMI。缺點(diǎn)是內(nèi)部線圈散熱不良，溫升較高，因此只在小功率變換器中使用。6.3變壓器的設(shè)計(jì)6.3.1變壓器概述6.3.2變壓器設(shè)計(jì)6.3.1變壓器概述

變壓器是一種實(shí)現(xiàn)電能變換的靜止電磁裝置，可以把電能從一個(gè)電路傳遞到另一電路。在交流電路中，借助變壓器能夠變換交流電壓、電流和波形。每次變換通常是能量通過(guò)電磁方式傳遞到另一電路，而與該電路無(wú)直接聯(lián)系。

變壓器在電能變換相關(guān)裝置及設(shè)備中占有很重要的地位，電源設(shè)備中交流電壓和直流電壓幾乎都由變壓器通過(guò)變換、整流而獲得。在電路的隔離、匹配及阻抗變換等方面絕大多數(shù)是通過(guò)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)的1）殼式鐵芯變壓器：如EI型插片鐵芯變壓器等其線圈被鐵芯外磁路所包圍。2）芯式鐵芯變壓器：如口字型插片鐵芯變壓器等其鐵芯柱被線圈所包圍。3）環(huán)型變壓器：這種變壓器的鐵芯呈圓環(huán)狀，其線圈沿圓周包圍鐵芯。

Kf是電壓的波形因數(shù)，對(duì)于正弦波，Kf=1.11；對(duì)于方波，Kf=1；f是交流電源的頻率（Hz）

變壓器正是利用上述關(guān)系實(shí)現(xiàn)電壓、電流、阻抗的變換。E=-n*dΦ/dt，其中Φ=Φm*sinωt

E=-n*Φm*ω*cosωt，其中ω=2*pi*f

E=-n*Φm*2*pi*f*cosωt

E的有效值：E=-n*Φm*2*pi*f/1.4142=-4.44*n*Φm*f6.3.3變壓器的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單地說(shuō)，變壓器的設(shè)計(jì)就是根據(jù)一系列的技術(shù)要求、約束條件，選擇合適的材料，確定鐵芯、線圈等組件的尺寸并合理地進(jìn)行布局，核算性能指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這些技術(shù)要求包括變壓器容量（包括輸入、輸出功率）、電壓、電流、頻率、電壓調(diào)整率、效率、功率因數(shù)和溫升等，還有一些變壓器對(duì)體積、重量、成本和噪聲等提出特殊要求。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行變壓器設(shè)計(jì)有時(shí)需要做適當(dāng)?shù)卣壑?。因?yàn)樵O(shè)計(jì)參數(shù)間相互聯(lián)系、相互影響，在設(shè)計(jì)中使所有的參數(shù)都最佳化是不可能的。在一定應(yīng)用場(chǎng)合中，某些約束條件可能更為重要，而其它約束的參數(shù)就要折中處理，以達(dá)到滿意結(jié)果。例如，如果體積和重量是最重要的，通過(guò)把變壓器工作在較高的頻率下，可以使這兩個(gè)指標(biāo)減小，但是要以效率為代價(jià)。當(dāng)不能增加頻率時(shí)，體積和重量的減小還可能通過(guò)選擇更有效的磁芯材料來(lái)達(dá)到，但是，這往往要以增加成本為代價(jià)。這樣，優(yōu)化的折中會(huì)對(duì)獲得設(shè)計(jì)目標(biāo)起到很好的作用。變壓器設(shè)計(jì)方法有很多。下面介紹兩種比較經(jīng)濟(jì)且準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方法——AP法和Kg法。1.變壓器面積積Ap設(shè)計(jì)法(1)變壓器的面積積Ap(2)Ap設(shè)計(jì)法步驟(3)設(shè)計(jì)舉例(1)變壓器的面積積Ap

通常用戶最關(guān)心的是輸出功率Po，而對(duì)設(shè)計(jì)師而言，與變壓器的幾何形狀及尺寸有關(guān)的計(jì)算功率Pt更為重要。計(jì)算功率Pt是指輸入、輸出功率的總和，即

變壓器的面積積Ap是指鐵芯窗口面積Wa和鐵芯有效截面積Ac的乘積，即當(dāng)忽略線圈漏抗時(shí)，外加電壓與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系為u=-e，可得式中，U是外加電壓（V）；Kf

是波形系數(shù)，對(duì)于方波，Kf=4.0；對(duì)正弦波，Kf=4.44。

變壓器的繞組面積

式中，Ku是填充系數(shù)（繞組面積占鐵芯窗口面積比值）；Wa是鐵芯窗口面積(㎝2)；Np，Ns是初、次繞組匝數(shù)（匝）；Ap，As是初、次繞組導(dǎo)線面積（㎝2）。如果初、次級(jí)繞組采用相同的電流密度J，則有式中，Ip，Is是初、次繞組電流（A）；J是電流密度（A/㎝2）。由于輸出功率Po輸入功率Pin：計(jì)算功率

表明變壓器的面積積Ap與計(jì)算功率、電磁負(fù)荷、波形、頻率及填充率之間的關(guān)系，是Ap法設(shè)計(jì)變壓器的基礎(chǔ)?？梢钥闯?，在電磁負(fù)荷、波形、頻率一定的條件下，傳輸相同功率的變壓器應(yīng)具有相近的結(jié)構(gòu)尺寸。

變壓器面積積Ap是線性尺寸的四次方，即Ap∝l4，而變壓器的體積V∝l3、表面積At∝l2、重量Wt∝l3，因此我們得到變壓器面積積Ap與變壓器的體積V、表面積At、重量Wt的關(guān)系為

式中，KV、Ks、Kw是與磁芯結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，見(jiàn)表6-5。另外，變壓器的面積積Ap還與電流密度J、磁芯幾何常數(shù)Kg有關(guān)。磁芯類型罐形粉末疊片C形單線圈C形帶繞KV14.513.119.717.925.625.0Ks33.832.541.339.244.550.0Kw48.058.868.266.676.682.3Kj(25K)433403366322395250Kj(50K)632590534468569365Kp8.911.88.312.512.514.0表6-5磁芯結(jié)構(gòu)常數(shù)KV、Ks、Kw需要說(shuō)明：計(jì)算時(shí)用到的填充系數(shù)KU是磁導(dǎo)體面積與鐵心窗口面積之比值，可按下式估算：S1為裸線面積與絕緣面積比值，約0.8；S2為繞線面積與可利用窗口面積比值，約0.6；S3為可利用面積與基本窗口面積比值，約0.75；S4為基本窗口面積與窗口面積比值，取1；因此KU的典型值為0.4。設(shè)計(jì)步驟1)確定計(jì)算功率PtPt可能在Pin的2～2.828倍范圍內(nèi)變化，具體值取決于所用變壓器所處的電路類型。2)計(jì)算AP值，選擇磁芯計(jì)算出Pt值后，再根據(jù)式下式計(jì)算Ap，選擇磁芯。3)匝數(shù)計(jì)算4)計(jì)算電流，選擇導(dǎo)線根據(jù)電流密度值（估計(jì)），計(jì)算需要的導(dǎo)線面積，查線規(guī)表，選擇合適導(dǎo)線（可以多股并聯(lián)）。線規(guī)表中還列出了單位長(zhǎng)度的電阻，供繞組損耗計(jì)算使用。

J是電流密度一般選取200～600A/cm2；I是各繞組電流的有效值即均方根值（A）。對(duì)于高頻變壓器，由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的存在，一般選擇導(dǎo)線的半徑不超過(guò)材料的透入深度d。

σ是透入深度（m），指電流衰減到表面量值1/e時(shí)的距離；α是衰減常數(shù)；ω是角頻率，ω=2πf（rad/s）；μ是導(dǎo)線磁導(dǎo)率（H/m）；γ是導(dǎo)線電導(dǎo)率（S/m）。當(dāng)導(dǎo)線為圓銅線時(shí)，取μ=μ0=4π×10-7H/m，γ=5.8×10-7S/m，可簡(jiǎn)化為右式。5)損耗計(jì)算鐵芯損耗：鐵芯損耗與所選鐵芯材料、頻率、磁通密度和尺寸大小有關(guān)。一般可根據(jù)制造商提供的磁芯損耗曲線查得單位重量的損耗值pfe，可查鐵芯損耗表計(jì)算。

PFe是鐵芯損耗；WtFe

是鐵芯重量；pfe是單位重量的損耗值。查表計(jì)算時(shí)注意提供商提供表格中的單位。導(dǎo)線損耗：導(dǎo)線一般采用銅線，所以導(dǎo)線損耗也稱銅耗，首先計(jì)算繞組的電阻，然后計(jì)算銅損，各繞組應(yīng)分別計(jì)算。導(dǎo)線的電阻：總損耗：總損耗為鐵芯損耗和導(dǎo)線損耗之和6)溫升計(jì)算變壓器溫升的計(jì)算，一般根據(jù)損耗值和散熱面計(jì)算單位熱負(fù)荷，然后計(jì)算溫升；也可以根據(jù)制造商提供的熱阻數(shù)據(jù)計(jì)算。ψ是熱負(fù)荷（W/cm2），指單位面積散發(fā)的平均功率；PΣ是總損耗，由式計(jì)算得到；At是變壓器總散熱面，可查制造商提供的磁芯幾何尺寸數(shù)據(jù)。(3)設(shè)計(jì)舉例一推挽方式工作的開(kāi)關(guān)電源，原邊接Us=24V，副邊帶中芯抽頭全波整流線路，輸出電壓U0=15V，Io=6A，工作頻率fs為40kHz．效率η=0.98（變壓器）允許溫升50℃，采用坡莫合金80（2mils）材質(zhì)帶繞C型鐵芯，工作磁通密度Bm=0.3T，試用AP法設(shè)計(jì)高頻變壓器各參數(shù)

2.變壓器磁芯幾何常數(shù)Kg設(shè)計(jì)法(1)變壓器磁芯幾何常數(shù)Kg設(shè)計(jì)法

多數(shù)變壓器是根據(jù)給定溫升來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但也可根據(jù)變壓器的調(diào)整率來(lái)設(shè)計(jì)。變壓器的電壓調(diào)整率是指變壓器空載到滿載時(shí)的電壓變化率α，即式中，Uo是空載電壓（V）；U1是滿載電壓（V）；?U是電壓增量（V）。電壓變化率α和磁芯的功率處理能力、電磁參量及幾何尺寸有關(guān)。Ke，Kg分別稱為電磁狀態(tài)常數(shù)和磁芯幾何常數(shù)。(2)設(shè)計(jì)舉例1)計(jì)算功率：2)計(jì)算Ke和Kg值3)計(jì)算初級(jí)匝數(shù)NP4)求原邊電流Ip5)求電流密度6)計(jì)算原邊繞組裸線面積：考慮集膚效應(yīng)選取編號(hào)為AWG#20導(dǎo)線，兩根并聯(lián)。計(jì)算原邊繞組電阻計(jì)算原邊繞組銅耗為7)求副邊繞組匝數(shù)計(jì)算副邊繞組裸線面積由表為AWG#23導(dǎo)線，3根并聯(lián)。取整14匝計(jì)算副邊繞組電阻值計(jì)算副邊繞組銅耗8)求調(diào)整率α調(diào)整率是導(dǎo)線內(nèi)阻的反映，也是銅耗的反映，故有

合乎調(diào)整率α≤1%的要求，設(shè)計(jì)通過(guò)。有關(guān)鐵耗、溫升的計(jì)算不再討論6.4電感的設(shè)計(jì)6.4.1電感的種類與特性6.4.2電感量計(jì)算6.4.3電感的設(shè)計(jì)6.4.1電感的種類與特性電感或電感器有時(shí)又被稱為扼流圈、電抗器，通常分為空心電感器和鐵芯電感器。在電子設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，品種也很繁多的是鐵芯電感器。鐵芯電感器可分為電源濾波扼流圈、交流扼流圈（包括電感線圈）和飽和扼流圈三種，其中前兩種用量較大。1.電源濾波扼流圈

電源濾波扼流圈用于平滑整流后的直流成分，減小其波紋電壓，以滿足電子設(shè)備對(duì)直流電源的要求。2.交流扼流圈

交流扼流圈用于交流回路中，作為平穩(wěn)、鎮(zhèn)流、限流和濾波等感性元件來(lái)使用。3.電感線圈

電感線圈多用于高頻電路中，如濾波器用電感線圈，振蕩回路電感線圈，陷波器線圈，高頻扼流圈，匹配線圈，噪聲濾波線圈等。多數(shù)電感線圈工作于交流狀態(tài)，因此，它屬于交流扼流圈范疇，是交流扼流圈的一個(gè)分支。

電感線圈的鐵芯以鐵氧體磁芯為主，也有采用鉬坡莫粉末磁芯，鐵粉芯，鋁硅鐵粉芯，非晶或超微晶粉末磁芯及精密軟磁合金等。

電感線圈的主要技術(shù)指標(biāo)為電感量和品質(zhì)因數(shù)。在某些場(chǎng)合，對(duì)電感的溫度穩(wěn)定性也有一定的要求。4.飽和扼流圈

飽和扼流圈用于穩(wěn)壓和調(diào)壓線路中，通過(guò)調(diào)節(jié)電路中的感抗來(lái)達(dá)到穩(wěn)壓或調(diào)節(jié)電壓的目的。飽和扼流圈至少有兩個(gè)繞組，一個(gè)繞組（工作繞組）接入調(diào)節(jié)交流電路，另一個(gè)繞組（控制繞組）接入直流電路。和電流濾波扼流圈及交流扼流圈不同，飽和扼流圈鐵芯應(yīng)是無(wú)氣隙的。

飽和扼流圈鐵芯中存在著交直流兩種磁化狀態(tài)，而且交流成分很大，由于鐵芯磁化曲線的非線性，工作繞組中電流波形是失真的，這在接近鐵芯飽和時(shí)特別明顯。

飽和扼流圈的主要技術(shù)指標(biāo)是：電感量調(diào)節(jié)范圍或輸出電壓調(diào)節(jié)范圍，負(fù)載功率的最大值與最小值，控制電流（功率）的最大值與最小值，功率因數(shù)最小值等。

由于可控硅調(diào)壓裝置、磁性調(diào)壓器、可調(diào)穩(wěn)壓變壓器的技術(shù)發(fā)展，飽和扼流圈應(yīng)用范圍逐步縮小，只有在大功率或特殊要求場(chǎng)合才使用。6.4.2電感量計(jì)算基本計(jì)算式

電感器線圈中通以電流后，所產(chǎn)生的磁通分為兩部分：一部分是通過(guò)鐵芯磁路（包括在鐵芯磁路中插入非磁性氣隙）的主磁通，另一部分是通過(guò)線圈與鐵芯柱間空隙的漏磁通。根據(jù)電感的基本定義，我們將主磁通產(chǎn)生的電感稱為主電感LL，將漏磁通產(chǎn)生的電感稱為漏電感LS。鐵芯電感器的電感量L應(yīng)為這兩部分電感之和，即多數(shù)情況下，LL>>LS，故除特殊情況，一般只需計(jì)算其主電感。根據(jù)可得μr是相對(duì)磁導(dǎo)率，一般可直接用μ表示；Ac是磁芯有效面積(㎝2)；MPL是磁路長(zhǎng)度(㎝)。2.鐵芯中無(wú)氣隙時(shí)的電感計(jì)算

鐵芯電感器鐵芯中無(wú)氣隙時(shí)，其漏電感可忽略不計(jì)，電感量按下式計(jì)算

鐵芯交流磁導(dǎo)率隨鐵芯材料、型式（尺寸）、工作磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁場(chǎng)強(qiáng)度H及工作頻率f而變化。對(duì)一些電阻率很高的磁性材料，如鐵氧體磁芯、粉末磁芯，在其允許的工作頻率和磁場(chǎng)范圍內(nèi)，其磁導(dǎo)率基本不隨頻率變化。3.鐵芯中有氣隙時(shí)的電感計(jì)算

在磁芯中引入空氣隙具有很強(qiáng)的去磁作用，導(dǎo)致磁滯回線的剪切（傾斜）以及高磁導(dǎo)率材料磁導(dǎo)率的明顯減小，這樣可以使剩磁Br降低，增加了可利用的磁通密度范圍，在大的直流偏磁情況下可消除或顯著減小由飽和及由漏抗引起的電壓尖峰。

鐵芯電感器鐵芯中有氣隙時(shí)，若忽略漏電感，其電感量按下式計(jì)算μe是等效磁導(dǎo)率；lg是空氣隙長(zhǎng)度（mm）。4.大氣隙電感計(jì)算(1)當(dāng)忽略漏電感時(shí)電感計(jì)算(2)考慮漏電感影響時(shí)的電感計(jì)算1)殼式或單線圈芯式鐵芯電感器漏電感按下式計(jì)算：2)雙線圈芯式鐵芯電感器漏電感按下式計(jì)算：LS是漏電感（H）；N是電感線圈匝數(shù)（匝）；ρs是洛氏系數(shù)；Sc是線圈漏磁等效面積（cm2）；hm是線圈繞線寬度（cm）6.4.3電感的設(shè)計(jì)對(duì)于線性電感器的設(shè)計(jì)通常要考慮以下幾個(gè)方面：要求的電感量、直流電流IDC、電流波動(dòng)ΔI、功率損耗、溫升、電壓、頻率和工作磁通密度等。同變壓器一樣，電感器設(shè)計(jì)方法也有很多，這里介紹AP法和Kg法。1．電感面積積Ap(1)電感面積積Ap推導(dǎo)電感的相關(guān)公式為電感能量可表示為當(dāng)電感器的繞組面積被完全利用時(shí)換做常用厘米克秒（cgs）制面積積Ap為

電感器的能量處理能力由電感器的面積積Ap來(lái)決定，或者說(shuō)可以根據(jù)電感的能量處理能力來(lái)選擇磁芯的規(guī)格。(2)設(shè)計(jì)舉例

根據(jù)下列要求設(shè)計(jì)線性直流（DC）電感器：電感量L=0.004H，直流（DC）電流Io=1.5A，電流波動(dòng)?I=0.2A，輸出功率Po=120W，電流密度J=300A/cm2，紋波頻率為200kHz，工作磁通密度B=0.3T，磁芯材料為鐵氧體，窗口利用系數(shù)Ku=0.4，溫升目標(biāo)Tr為25℃。1)計(jì)算電流峰值Ipk：2)計(jì)算能量處理能力3)計(jì)算面積積AP：4)選擇磁芯根據(jù)計(jì)算出的面積積AP，查表6.12，選擇最接近的TED-39鐵氧體磁芯，5)計(jì)算電流有效值Irms6)計(jì)算所需導(dǎo)線裸面積AW(B)7)選擇線規(guī)查線規(guī)表選AWG#20計(jì)算有效窗口面積Wa(eff)

9）計(jì)算可能的繞組匝數(shù)N10）計(jì)算所需要的氣隙11)計(jì)算邊緣磁通系數(shù)F12)修正繞組匝數(shù)N13)計(jì)算繞組電阻RL14)計(jì)算銅損PCu15)計(jì)算調(diào)整率α16)計(jì)算交流（AC）磁通密度BAC17）計(jì)算比損耗18）計(jì)算磁芯損耗PFe19）計(jì)算總損耗20）計(jì)算表面積的功率耗散密度21）計(jì)算溫升22）計(jì)算磁通密度峰值23）計(jì)算等效的磁導(dǎo)率μe24）計(jì)算窗口利用系數(shù)Ku2．電感器磁芯幾何常數(shù)Kg法(1)電感器磁芯幾何常數(shù)Kg的推導(dǎo)(2)設(shè)計(jì)舉例采用電感器磁芯幾