凭经验选择开关电源磁芯尺寸和类型
开关电源磁芯主要参数
第5章开关电源磁芯主要参数5.1 概述5.1.1 在开关电源中磁性元件的作用这里讨论的磁性元件是指绕组和磁心。
绕组可以是一个绕组，也可以是两个或多个绕组。
它是储能、转换和/或隔离所必备的元件，常把它作为变压器或电感器使用。
作为变压器用，其作用是：电气隔离；变比不同，达到电压升、降；大功率整流副边相移不同，有利于纹波系数减小；磁耦合传送能量；测量电压、电流。
作为电感器用，其作用是：储能、平波、滤波；抑制尖峰电压或电流，保护易受电压、电流损坏的电子元件；与电容器构成谐振，产生方向交变的电压或电流。
5.1.2 掌握磁性元件对设计的重要意义磁性元件是开关变换器中必备的元件，但又不易透彻掌握其工作情况（包括磁材料特性的非线性，特性与温度、频率、气隙的依赖性和不易测量性）。
在选用磁性元件时，不像电子元件可以有现成品选择。
为何磁性元件绝大多数都要自行设计呢？主要是变压器和电感器涉及的参数太多，例如：电压、电流、频率、温度、能量、电感量、变比、漏电感、磁材料参数、铜损耗、铁损耗等等。
磁材料参数测量困难，也增加了人们的困惑感。
就以Magnetics公司生产的其中一种MPP铁心材料来说，它有10种μ值，26种尺寸，能在5种温升限额下稳定工作。
这样，便有10×26×5= 1300种组合，再加上前述电压、电流等电参数不同额定值的组合，将有不计其数的规格，厂家为用户备好现货是不可能的。
果真有现货供应，介绍磁元件的特性、参数、使用条件的数据会非常繁琐，也将使挑选者无从下手。
因此，绝大多数磁元件要自行设计或提供参数委托设计、加工。
本章将介绍磁元件的一般特性，针对使用介绍设计方法。
结合线性的具体形式的设计方法，以后还将进一步的介绍。
5.1.3 磁性材料基本特性的描述磁性材料的特性首先用B-H平面上的一条磁化曲线来描述。
以μ表示B/H，数学上称为斜率，表示为tanθ=B/h；电工上称为磁导率，如图5.1所示。
凭经验选择开关电源磁芯尺寸和类型
单端反激式开关电源磁芯尺寸和类型的选择字体大小：大 | 中 | 小2008-08-28 12:53 - 阅读：6184 - 评论：2 徐丽红 王佰营A、InternationalRectifier公司--56KHz输出功率推荐磁芯型号0---10WEFD15 SEF16 EF16 EPC17 EE19 EF(D)20 EPC25 EF(D)2510-20WEE19 EPC19 EF(D)20 EE,EI22 EF(D)25 EPC2520-30WEI25 EF(D)25 EPC25 EPC30 EF(D)30 ETD29 EER28(L)30-50WEI28 EER28(L) ETD29 EF(D)30 EER3550-70WEER28LETD34 EER35 ETD3970-100WETD34 EER35 ETD39 EER40 E21摘自InternationalRectifier,AN1018-“应用IRIS40xx系列单片集成开关IC开关电源的反激式变压器设计”B、ELYTONE公司型号 输出功率（W）<5 5-10 10-20 20-50 50-100 100-200 200-500 500-1KEI EI12.5 EI16 EI19 EI25 EI40 EI50 EI60 -- EE EE13 EE16 EE19 EE25 EE40 EE42 EE55 EE65<5 5-10 10-20 20-50 50-100 100-200 200-500 500-1K EF EF12.6 EF16 EF20 EF25 EF30 EF32 -- --EFD -- EFD12 EFD15 EFD20 EFD25 EFD30 -- -- EPC -- EPC13 EPC17 EPC19 EPC25 EPC30 -- -- EER EER9.5 EER11 EER14.5 EER28 EER35 EER42 EER49 -- ETD -- -- ETD29 ETD34 ETD44 ETD49 ETD54 --EP EP10 EP13 EP17 EP20 -- -- -- -- RM RM4 RM5 RM6 RM10 RM12 RM14 -- -- POT POT1107 POT1408 POT1811 POT2213 POT3019 POT3622 POT4229 -- PQ -- -- -- PQ2016 PQ2625 PQ3230 PQ3535 PQ4040 EC -- -- -- -- -- EC35 EC41 EC70 摘自PowerTransformers OFF-LINE Switch ModeAPPLICATION NOTES"Converter circuitas a function of S.M.P.S. output voltage (Vo) and output power (Po)"C、Fairchild Semiconductor公司--67KHzOutput Power EIcore EE core EPC core EER core0-10W EI12.5 EE8 EPC10EI16 EE10 EPC13EI19 EE13 EPC17EE1610-20W EI22 EE19 EPC1920-30W EI25 EE22 EPC25 EER25.530-50W EI28 EE25 EPC30 EER28EI3050-70W EI35 EE30 EER28L70-100W EI40 EE35 EER35100-150W EI50 EE40 EER40EER42150-200W EI60 EE50 EER49EE60The core quickselection table For universal input range, fs=67kHz and 12V singleoutput摘自：Application Note AN4140Transformer Design Consideration for off-lineFlybackTMConverters using Fairchild Power Switch (FPS)D、单端反激式变压器磁芯的选择公式Ve =5555 * P / f式中：Ve——为磁芯的体积：Ve=Ae*Le；单位为：毫米立方；P——为输入功率；单位为：瓦；f——为开关频率；单位为：千赫兹；本公式假设：Bm=0.3T, Lg/Le=0.5%=气隙长度/磁芯等效长度；如果Lg/Le=气隙长度/磁芯等效长度=1%时，又如何计算呢？（请考虑）输出功率、磁芯截面积和开关频率决定气隙，因为在反激式开关电源中气隙的体积大小决定储能的多少，频率决定能量传输的快慢；如：EI25Ve=2050mm³，Ae=42平方毫米，Le=49.4mm；f=40KHz；η=0.75；Lg= 0.005*49.4 = 0.247mm ---气隙长度Pin =Ve*F/5555 = 2050*40/5555 = 14.76W；Pout =η*Pin= 0.75 * 14.76 = 11.07W;若：f=100KHz 则：Pout = 11.07W *(100/40) = 27.675W;反激式开关电源设计的思考一字体大小：大 | 中 | 小2007-03-01 11:00 - 阅读：4593 - 评论：3反激式开关电源设计的思考一王佰营徐丽红对一般变压器而言，原边绕组的电流由两部分组成，一部分是负载电流分量，它的大小与副边负载有关；当副边电流加大时，原边负载电流分量也增加，以抵消副边电流的作用。
开关电源磁芯材料的基本参数
2
的单位B的单位 Wb/m Wb 的单位
HB的 的单 单位 位
Wb/m2 A/m
Wb A•m
H的单位A/m A•m V •s •s H (亨/米)
A•m m m
e N d L di
V•s dt dt
•s H(亨/米)
A•m m m
eNdLdi Nd edt dt dt Ldi edt
磁通即 伏秒面积
MAGNETICS
美界，美金 Ferrite Cores, Bobbins, Hardware, MPP, High Flux, Tape Wound, Kool Mu
VACUUMSCHMELZE 德国磁芯材料公司
Nano（纳米晶体） crystal line & Amorphous （非晶） Cores and Components (Chokes ：扼流圈）, Transformers, Sensors互感器)
U /V
三种典型波形的伏秒面积
U /V
U /V
0
t/s 0
t/s 0
t/s
只有正弦波才能面积积分归零
单位换算
1Gs104T
1Oe 100A/m 0.4π
μ0
1Gs 104 0.4π Oe 100
4π107
H/m
真空的磁导率用CGS制表示
为1，道明了奥斯特的意义。 0 1(Gs/Oe)
(6)电磁感应定律
求磁芯中 存储的能量
解
磁芯中的平 均磁场强度162
l 16 3.125A/cm 312.5(A/m)
3210-6 (cm3)
μH 2 Wm V 2
磁芯中存储的能量 32 10 6 60 10 7 312 .52 2 9.35 10 6 (J)
电源磁芯尺寸功率参数
电源磁芯尺寸功率参数常用电源磁芯参数MnZn 功率铁氧体EPC 功率磁芯特点：具有热阻小、衰耗小、功率大、工作频率宽、重量轻、结构合理、易表面贴装、屏蔽效果好等优点，但散热性能稍差。
用途：广泛应用于体积小而功率大且有屏蔽和电磁兼容要求的变压器，如精密仪器、程控交换机模块电源、导航设备等。
EPC型功率磁芯尺寸规格磁芯型号Type尺寸Dimensions(mm)A B C D Emin F G HminEPC10/8 10.20±0.20 4.05±0.30 3.40±0.20 5.00±0.20 7.60 2.65±0.20 1.90±0.20 5.30 EPC13/13 13.30±0.30 6.60±0.30 4.60±0.20 5.60±0.20 10.50 4.50±0.30 2.05±0.20 8.30 EPC17/17 17.60±0.50 8.55±0.30 6.00±0.30 7.70±0.30 14.30 6.05±0.30 2.80±0.20 11.50 EPC19/20 19.60±0.50 9.75±0.30 6.00±0.30 8.50±0.30 15.80 7.25±0.30 2.50±0.20 13.10 EPC25/25 25.10±0.50 12.50±0.30 8.00±0.30 11.50±0.30 20.65 9.00±0.30 4.00±0.20 17.00 EPC27/32 27.10±0.50 16.00±0.30 8.00±0.30 13.00±0.30 21.60 12.00±0.30 4.00±0.20 18.50 EPC30/35 30.10±0.50 17.50±0.30 8.00±0.30 15.00±0.30 23.60 13.00±0.30 4.00±0.20 19.50 EPC39/39 39.00±0.50 19.60±0.30 15.60±0.30 18.00±0.30 30.70 14.00±0.30 10.00±0.30 24.50 EPC42/44 42.40±1.00 22.00±0.30 15.00±0.40 17.00±0.30 33.50 16.00±0.30 7.40±0.30 26.50EPC46/49 46.00±1.00 24.80±0.30 19.50±0.40 20.80±0.40 35.70 18.40±0.40 11.90±0.30 28.40 EPC46.5/44 46.50±1.00 22.30±0.30 19.40±0.40 21.00±0.40 36.90 15.80±0.40 12.00±0.30 29.40 EPC54/54 54.50±1.20 27.20±0.30 21.50±0.40 26.50±0.40 43.00 19.30±0.40 14.00±0.30 34.30EPC功率磁芯电气特性及有效参数注：AL值测试条件为1KHz,0.25v,100Ts,25±3℃Pc值测试条件为100KHz,200mT,100℃EE、EEL、EF型功率磁芯特点：引线空间大，绕制接线方便。
常用电源磁芯参数
常用电源磁芯参数MnZn 功率铁氧体EPC功率磁芯特点：具有热阻小、衰耗小、功率大、工作频率宽、重量轻、结构合理、易表面贴装、屏蔽效果好等优点，但散热性能稍差。
用途：广泛应用于体积小而功率大且有屏蔽和电磁兼容要求的变压器，如精密仪器、程控交换机模块电源、导航设备等。
EPC型功率磁芯尺寸规格磁芯型号Type尺寸Dimensions(mm)A B C D Emin F G HminEPC10/8 10.20±0.20 4.05±0.30 3.40±0.20 5.00±0.20 7.60 2.65±0.20 1.90±0.20 5.30 EPC13/13 13.30±0.30 6.60±0.30 4.60±0.20 5.60±0.20 10.50 4.50±0.30 2.05±0.20 8.30 EPC17/17 17.60±0.50 8.55±0.30 6.00±0.30 7.70±0.30 14.30 6.05±0.30 2.80±0.20 11.50 EPC19/20 19.60±0.50 9.75±0.30 6.00±0.30 8.50±0.30 15.80 7.25±0.30 2.50±0.20 13.10 EPC25/25 25.10±0.50 12.50±0.30 8.00±0.30 11.50±0.30 20.65 9.00±0.30 4.00±0.20 17.00 EPC27/32 27.10±0.50 16.00±0.30 8.00±0.30 13.00±0.30 21.60 12.00±0.30 4.00±0.20 18.50 EPC30/35 30.10±0.50 17.50±0.30 8.00±0.30 15.00±0.30 23.60 13.00±0.30 4.00±0.20 19.50 EPC39/39 39.00±0.50 19.60±0.30 15.60±0.30 18.00±0.30 30.70 14.00±0.30 10.00±0.30 24.50 EPC42/44 42.40±1.00 22.00±0.30 15.00±0.40 17.00±0.30 33.50 16.00±0.30 7.40±0.30 26.50EPC功率磁芯电气特性及有效参数注：AL值测试条件为1KHz,0.25v,100Ts,25±3℃Pc值测试条件为100KHz,200mT,100℃EE、EEL、EF型功率磁芯特点：引线空间大，绕制接线方便。
如何挑选开关电源的磁芯
硅铁块具有离散间隙，与铁硅铝(Kool Mμ)的分步式间隙不同，因此随着电流增加，饱和出现要快的多。铁硅铝(Kool Mμ) 可利用饱和曲线的优点，设计出较小的电感器。
硅钢装配件中所用的环氧树脂中一般不能像铁硅铝(Kool Mμ)在200 ℃操作。
铁硅铝(Kool Mμ)成本低于同等大小的硅钢块。
间隙铁氧体有较多种类的形状，有Pot Cores、EFD's、PQ's等等，而铁硅形状目前受限于 E-Core、U-Core & Blocks。
铁硅铝与铁粉芯
除了承受直流偏置外，开关稳压电感器还有一定交流电，通常在10kHz至300kHz。这种交流电流会产生高频磁场，造成磁芯损耗并导致磁芯变热。这种情况在铁硅铝(Kool Mμ)中会减少，因此电感更有效率，温度更低。
在铁损的部分，铁硅的磁芯损耗远低于硅钢叠片。用20μ铁硅铝和硅铁相比较，在10kHz和50kHz的频率情况下，硅铁的磁损更厉害。
铁硅铝的特点和应用
铁硅铝(Kool Mμ)是什么呢？简单来说，它是由铝-硅-铁组成，它拥有相当高的Bmax(1050mT)，它的磁芯损耗远低于铁粉芯及高磁通，有低磁致伸缩（低噪音），是低成本的储能材料，无热老化，可以用于替代铁粉芯，在高温下性能非常稳定。
表1.铁硅 与锰锌铁氧体之LI2值的比较
表2.铁硅 与锰锌铁氧体尺寸上之比较
间隙铁氧体也有很多优点，间隙铁氧体可以有很高的有效磁导率μeff，铁氧体可以在500 以上而铁硅 目前受限于μeff = 125。间隙铁氧体使用在一些低功率的设计时更为适合。
间隙铁氧体电感系数的公差值较低，如果工艺好的话，多数的铁氧体电感系数的公差值为 ±3，而铁硅 为 ± 12% 。
选择开关变压器磁芯的方法
磁芯/选择开关变压器磁芯的方法在设计开关变压器时，正确选择开关变压器磁芯是非常重要过程。
只有开关变压器磁芯选择好了，开关变压器才能达到佳效果。
那么要怎样正确选择磁芯呢？常见的开关变压器使用的磁性材料为软磁铁氧体，其成分为MnZn。
由于配方及生产工艺的不同，各公司制成了特性参数不同多种牌号的磁性材料，并提供各牌号磁性材料的特性参数，如使用频率范围、初始导磁率、比损耗因数、比温度系数、饱和磁通密度、居里温度、电阻率、密度以及某些参数随频率、温度变化的曲线。
磁芯按形状又分EI、EE、EC、U、UF 等多种型号。
每种型号又有多种规格，各生产公司亦提供各种型号规格磁芯的几何尺寸。
选择磁芯的任务就是确定变压器选用磁芯的材料牌号及型号规格。
材料牌号的选择，主要依据开关变压器的最高工作频率。
例如R2KD适用于30 kHz以下，R2KBD 适用于50 kHz 以下，R2KB1 适用于200 kHz 以下。
铁基非晶铁芯：在几乎所有的非晶合金铁芯中具有最高的饱和磁感应强度（1.45～1.56T），同时具有高导磁率，低矫顽力，低损耗，低激磁电流和良好的温度稳定性和时效稳定性。
主要用于替代硅钢片，作为各种形式，不同功率的工频配电变压器，中频变压器，工作频率从50Hz到10KHz；作为大功率开关电源电抗器铁芯，使用频率可达50KHz。
铁镍基非晶铁芯：中等偏低的饱和磁感应强度(0.75T)，高导磁率，低矫顽力，耐磨耐蚀，稳定性好。
常用于取代坡莫合金铁芯作为漏电开关中的零序电流互感器铁芯。
钴基非晶铁芯：在所有的非晶合金铁芯中具有最高的磁导率，同时具有中等偏低的饱和磁感应强度（0.65T），低矫顽力，低损耗，优异的耐磨性和耐蚀性，良好的温度稳定性和时效稳定性，耐冲击振动。
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电源磁芯尺寸功率参数
常用电源磁芯参数MnZn 功率铁氧体EPC功率磁芯轻、结构合理、易表面贴装、屏蔽效果好等优点，但散热性能稍差。
用途：广泛应用于体积小而功率大且有屏蔽和电磁兼容要求的变压器，如精密仪器、程控交换机模块电源、导航设备等。
EPC型功率磁芯尺寸规格EPC功率磁芯电气特性及有效参数注：AL值测试条件为1KHz,0.25v,100Ts,25±3℃Pc值测试条件为100KHz,200mT,100℃EE、EEL、EF型功率磁芯特点：引线空间大，绕制接线方便。
适用范围广、工作频率高、工作电压范围宽、输出功率大、热稳定性能好用途：广泛应用于程控交换机电源、液晶显示屏电源、大功率UPS逆变器电源、计算机电源、节能灯等领域。
EE、EEL、EF型功率磁芯尺寸规格EE、EEL、EF型功率磁芯电气特性及有效参数注：AL值测试条件为1KHz,0.25v,100Ts,25±3℃Pc值测试条件为100KHz,200mT,100℃EI型功率磁芯特点：结构紧凑、体积小、工作频率高、工作电压范围广、气隙在线圈顶端耦合紧、损耗低。
损耗与温度成负相关，可防止温度的持续上升。
用途：电源转换变压器及扼流圈、DVD电源、照相机闪光灯、通讯设备及其它电子设备。
EI型功率磁芯尺寸规格EI型功率磁芯电气特性及有效参数注：AL值测试条件为1KHz,0.25v,100Ts,25±3℃Pc值测试条件为100KHz,200mT,100℃PEE、PEI功率磁芯PEE、PEI型功率磁芯尺寸规格PEE、PEI型功率磁芯电气特性及有效参数注：AL 值测试条件为1KHz,0.25v,100Ts,25±3℃ Pc 值测试条件为100KHz,200mT,100℃ER 功率磁芯特点：耦合位置好，中柱为圆形,便于绕线且绕线面积增大,可设计功率大而漏感小的变压器。
用途：开关电源变压器,脉冲变压器,电子镇流器等。
ER 型功率磁芯尺寸规格ER型功率磁芯电气特性及有效参数注：AL值测试条件为1KHz,0.25v,100Ts,25±3℃Pc值测试条件为100KHz,200mT,100℃ETD型功率磁芯设计出功率大且漏感小的变压器。