原创 磁性材料应用入门

因为要做6KW，0.9MHz高频焊接机，必须要接触磁学，目前高频焊接机已经初步完成，故把磁学的基本概念总结一下，一为自己今后复习，二为做开关电源方面的朋友提供参考，理清思路。

磁学因为大家接触的不多，不常用，所以相对比较陌生，往往局限于开关电源行业，并且大部分设计开关电源的以参考别的电路为主，很少有自己设计的，所以往往对其理论理解不深，此为其一。磁学有两套单位，如MKS（米-千克-秒）和CGS（厘米-克-秒）两套单位制度，国内教学一般采用MKS制，但工程实际采用CGS值，并且名词太多，比较混淆，此为其二。磁性材料种类较多，并且参数测量不方便，也少有仪器测量，比如磁导率、感应磁感应强度等，最容易的电感值，一般的万用表也没有，都需要用专用仪器，此为其三。以上这些，制约了磁学的普及推广。

根据实际工程需要，我们一般需要了解这么几个指标
1、电感值，这个建议采用专业仪器直接测量，手持式的价格不贵
2、发热损耗，这个建议用温度*来测量，价格也不贵，只要保证在工作范围内即可。
3、饱和磁感应强度，是不允许磁饱和的，否则此电感失效导致设备炸机，尤其是开关电源上，本文的核心就是为了获取这个值。


本文基于CGS实用单位制，采用Gs（高斯）和Oe（奥斯特）为单位，讨论的对象是均匀闭合类磁性材料，如磁环，E型变压器。pi为圆周率

1、磁场的产生在实际中是基于闭合的电流，当一个磁环在有外部闭合线圈时，那么这个线圈产生的激励磁动势用mmf（等价于电场的电压概念）表示：
mmf = 0.4π*NI，N指圈数，I是通过线圈的电流，这个是产生磁场的原动力

2、因为内部微小电流产生的磁场会同步于外部，当外部磁场撤销的时候，内部的磁场还存在形成一个同方向的闭合大磁场，需要足够长的时间才能被分子热运动打乱，这

个就取决于不同的材料，可以分为软磁性材料跟硬磁性材料，硬磁性材料当外部电流撤销后，内部的磁场还长期保留，形成了磁铁。软磁性材料一般当外部磁场撤销后内部磁场也马上消失，但这个也需要一个时间，因为这个时间的存在，或者把内部微小磁场与外部磁场同步需要时间，这个就产生了磁滞回路，也就是损耗，一般频率越高，损耗越大。

3、具体磁场的大小也即磁场强度，受制于磁性材料的回路长度：
H = mmf / L(奥斯特)  当为磁环的时候，L = 2πR,R为磁环的半径, 注意此处L单位为cm(厘米)

4、H是磁场的原动力，当碰到不同的材料，他们内部的微型自闭合电流环会与外部的磁场方向一致，增强了其内部的磁场，所以有了磁感应强度B和磁导率μ
B = μ*H（Gs高斯）
1T（特斯拉） = 10000Gs（高斯）

5、真空中的μ= 1，其他的材料一般都大于1

6、综合以上:
B = 0.2μ*N*I/R
只要计算出来这个值不超过材料的饱和磁感应强度值即可

7、μ和Bmax，一般磁性材料厂家可以提供，并且根据材料的分类，我们也可以大概的知道范围：
                硅钢         锰锌          镍锌         铁粉芯           铁硅铝
应用         工频       <1MHz       >1MHz      高频滤波     高频滤波
μ             1.5K       750~15K   15~1500    4~100         26~125
Bmax（T）1.5~1.8  0.3~0.5  0.3~0.5      0.5~1.4           1

居里点      700度     200度       350度        400以上        400以上

8、材料说明
a、硅钢片一般用于工频变压器及电机类设备，工作频率在50Hz附近
b、锰锌因为性价比高，大量应用于当前的开关电源功率变化级上，根据不同的损耗频率，可以细分很多级别，一般的讲，μ越高损耗越大，所以越高频率的u值越低。目前市场上常用的是PC40材料的，导磁率在2500.
c、镍锌跟锰锌形成互补，一般用于较高的频率上，因为大于1MHz，大量应用于EMI器件，抗辐射干扰。镍锌的磁环基本上不导电，这个是最简单的区别锰锌（锰锌磁环导电）的地方。
d、铁粉芯因为性价比高，大量应用于开关电源输出滤波环节，这个往往带有很强的直流分量而交流分量不大，采用铁粉芯的低导磁率可以抗磁饱和。
e、铁硅铝价格较高，但性能是铁粉芯的2倍，功能跟铁粉芯一样，往往替代铁粉芯为了降低发热量的。

附件是一个计算磁环电感的工具，只要输入磁环尺寸、磁导率，线圈匝数，就能求出电感量，并且输入电流，可以得到磁感应强度。

有了这个，可以通过测量电感的工具，倒推出磁导率，也可以预计实际工作的磁感应强度的大小，非常好用，建议大家使用。

磁环电感的计算.rar