东莞市梵尔龙电源科技有限公司
开关电源变压器现代电子设备对电源的工作效率、体积以及要求等技术性能指标越来越高，在开关电源中决定这些技术性能指标的诸多因素中，基本上都与开关变压器的技术指 标有关。开关电源变压器是开关电源中的关键器件，因此，在这一节中我们将非常详细地对与开关电源变压器相关的诸多技术参数进行理论分析。在分析开关变压器的工作原理的时候，必然会涉及磁场 强度H和磁感应强度B以及磁通量等概念，为此，这里我们首先简单介绍它们的定义和概念。在自然界中无处不存在电场和磁场，在带电物体的周围必然会存在电场，在电场的作用下，周围的物体都会感 应带电；同样在带磁物体的周围必然会存在磁场，在磁场的作用下，周围的物体也都会被感应产生磁通。现代磁学研究表明：一切磁现象都起源于电流。磁性材料或磁感应也不例外，铁磁现象的起源是 由于材料内部原子核外电子运动形成的微电流，亦称分子电流，这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应，所以把一个单位微电流称为一个磁偶 极子。因此，磁场强度的大小与磁偶极子的分布有关。
由于在真空中磁感应强度与磁场强度在数值上完全相等，因此，磁感应强度在真空中的定义与磁场强度在真空中的定义是完全相同的。所不同的是磁场强度H与介 质的属性无关，而磁感应强度B却与介质的属性有关。但很多书上都用上面定义磁场强度的方法来定义电磁感应强度，这是很不合理的；因为，电磁感应强度与介质的属性有关，那么，比如在固体介质中 ，人们就很难用通电直导线的方法来测量通电直导线在磁场中所受的力，既然不能测量， 就不应该假设它所受的力与介质的属性有关。其实介质的导磁率也不是通过作用力来测量的，而是通过电磁感应 的方法来测量的。电磁感应强度一般简称为磁感应强度。磁场强度H和磁感应强度B由下面公式表示：磁场强度H = F/I*l （2-1）磁感应强度B = μ*H （2-2）（2-1）式中磁场强度H的单位为奥斯特（Oe ），力F的单位为牛顿（N），电流I的单位为安培（A），导线长度l 的单位为米（m）。（2-2）式中，磁感应强度B的单位为特斯拉（T）， μ为导磁率，单位为亨/米（H/m），在真空中的导磁率记为u0 ，u0 = 1。由于特斯拉的单位太大，人们经常使用高斯（Gs）作为磁感应强度B的单位。1特斯拉等于10000高斯（1T=104Gs）。由于磁现象可以形象地用磁力线来表示，故磁感应强度B又可定义为磁力线 通量的密度，即：单位面积内的磁力线通量。磁力线通量密度可简称为磁通密度，因此，电磁感应强度又可以表示为：磁通密度B = Φ/S （2-3）（2-3）式中，磁通密度B的单位为特斯拉（T），磁通量 Φ 的单位为韦伯（Wb），面积的单位为平方米（m2）。如果磁通密度B用高斯（Gs）为单位，则磁通量 的单位为麦克斯韦（Mx），面积的单位为平方厘米（cm2）。其中，1特斯拉等于10000高斯（1T = 104Gs），1韦伯等于10000麦克斯韦（1Wb = 10的4次方Mx）。电磁感应强度除了可以称为磁感应强度、磁通密度外，很多人还把它称为磁感密度。至此，已经说明，电磁感应强度B、磁感应强度B、磁通 密度B、磁感应密度B等，在概念上是完全可以通用的。顺便说明，在其它书上有人把磁感应强度B的定义为：B = μ0 (H+M)，其中H和M分别是磁化强度和磁场强度，而μ0是真空导磁率。为了简单，在这 本书中我们不准备引入太多的其它概念，如有特别需要，可通过（2-2）式的定义来与其它概念进行转换。
输入电压不能超过额定电 压的原因 变压器中主磁通和激磁电流的关系称为铁心的磁化曲线,它是一条具有饱和特性的非线性曲线.当主磁通小于额定电压时对应的主磁通时,磁化曲线近似为线形;超过此值后,主磁通就逐渐趋向饱和.此时,如 果再增加磁通,即增加U1,则电流就会急剧增加,这样变压器就会因过热而马上烧毁.因此,在使用变压器时,必须注意变压器的额定电压和电源电压要一致.
磁感应强度与磁场强度的概念一直以来都比较混乱，这是有历史原因的。1900年，电学家 大会赞同美国电气工程师协会(AIEE)的，决定CGSM制磁场强度的单位名称为高斯，这实际上是一场误会。AIEE原来的是把高斯作为磁通密度B的单位，由于翻译成法文时误译为磁场强度，造成了混淆。当 时的CGSM制和高斯单位制中真空磁导率μ0是无量纲的纯数1，所以，真空中的B和H没有什么区别，致使一度B和H都用同一个单位——高斯。1930年7月，电工才在广泛讨论的基础上作出决定：真空磁 导率μ0有量纲，B和H性质不同，B和D对应，H和E对应，在CGSM单位制中以高斯作为B的单位，以奥斯特作为H的单位。直至1960年第十一届计量大会决定：将六个基本单位为基础的单位制，即米、千 克、秒、安培、开尔文和坎德拉，命名为单位制，并以SI(法文Le System International el'Unites的缩写)表示，磁感应强度与磁场强度的概念才基本得到统一。
软磁铁氧体是中、高频电源中电子变压器大量使用的铁心材料 ， 和 金属软磁材料 相比，软磁铁氧体的饱和磁密低，磁导率低，居里温度低，是它的几大弱点 。尤其是居 里温度低，饱和磁密 Bs 和单位体积功率损耗 Pcv 都会随温度变化。温度上升， Bs 下降， Pcv 开始下降，到谷点后再升高。因此在高温条件下，只要 Bs 保持较高水平，就可以把工作磁密 Bm 选得 高一些，从而减少线圈匝数，降低用铜量和成本。高温高饱和磁密软磁铁氧体材料，还可以扩大电子变压器使用的温度上限到 120 益甚至 150 益。 例如，汽车用电子设备中的高频电子变压器，在外界温度条件变化大和发动机室发热的高温条件下工作，就必须采用高温高饱和磁密软磁铁氧体。 软磁复合材料 (SMC) 是上世纪 90 年发出来的新型软 磁材料，其出发点是想把金属软磁材料的工作频率向 MHz 级和 GHz 级扩展，因此将金属软磁材料与其他高电阻材料，如石英、陶瓷、高分子材料等复合在一起，只要控制金属软磁材料的体积百分数在 逾渗极限以下，就有可能保持软磁特性，又减少各种高频率损耗，成为一种新的软磁材料 ―― 软磁复合材料，取英文名称的个字母，简称 SMC 材料。 软磁复合材料中的磁性粒子可以是纯铁、镍、钴金属、铁镍合金、铁镍钼合金、铁铝合金、铁基非晶合金、铁基纳米晶合金和软磁铁氧体经过粉碎后制成的粉末。 非磁性物体可以是化硅等绝缘体，硅树脂、聚、树脂等高分子材料作粘接剂和硬脂酸等作润滑剂。磁性粒子和非磁性物体混合后，可以经过绝缘处理、压制成形、烧结等工艺加工成磁粉芯 ，也可以采用现在的塑料工程技术，注塑成各种复杂形状的磁芯。 软磁复合材料的优点是密度小，重量轻，生产效率高，成本低，产品一致性好 。 缺点是由于磁粒子之间被非磁性物体隔开，磁性阻断 ，磁导率现在一般都在 100 以内 ，近报导通过纳米技术和其他措施，已开发出磁导率超过 1000 的软磁复合材料，可达 6000 。
