张占松：带气隙的磁心系数特性及磁心使用方法

    为了制作开关电源的变压器 或电感器选择磁心，必须对磁心概况有深入了解。而目前电源设计人员往往忽视了这一点。张占松教授介绍，在高校的电子电子等专业中也少涉及到磁性的内容，这给从事开关电源设计的工作带来了很多麻烦.

    磁心按历史发展过程分为三类。金属—铁粉心—铁氧体。以前电机、变压器是工作在工频50Hz。此时用高磁导率、高B值金属作铁心很合适，随着工作频率提高铁心产生大的涡流。因此用这种金属粉末与绝缘材料在不同比例下混合压制成形，经烧结成硬体磁心，这就统称为铁粉心；随着科技的不断发展，上世纪中页开发了新一类的磁心称为铁氧体，它宝贵的优点是有较高的磁导率、电阻率，其值比铁粉心高出很多，在10³～10⁶Ω·cm范围内，这样就为缩小体积高频化工作场合提供了既廉价又有较好电磁特性指标的磁心，但不足之处是Bs值低，传递功率不及前面二类磁心。如此说来，80年代后风行的高频开关电源功率不大的变压器。电感器较适合用铁氧体。所以总体而论，金属—铁粉心—铁氧体排列顺序体现了功率处理越来越小，工作频率是越来越高，允许放置的地域空间也是越来越小。近年来其中非晶纳米晶多种金属粉末混合的磁粉心出现许多新的特色，显示了不可替代的活力，引起人们不少的关注。但在性能稳定上还有待改进。

    我国磁心制造业虽然起步较晚，但是已执行与国际接轨的自定的国标，而且工艺方面特色显著，开关电源使用方面在扼流圈、磁珠、防雷、抗EMI、EMC等处磁元件非常之多。其中国产的高频稳定铁粉心，非晶粉心、铁氧体达到相当高的技术指标。例如上海钢铁研究所的高频粉心工作频率在1kHz～1MHz,电感变化量为0.77%，100kHz时的Q值是钼坡莫粉心的8倍。我省珠江三角洲地带多家合资企业产品在国际上有很高的地位。再如浙江省东磁公司致力从事新型磁性材料与器件的研发，产品产业化孵化、磁材检测体系标准化。为此设立研究院投资6000万元。已研发的有用于LCD PDP的电源变压器 MnZn铁氧体DMR90,使用一般开关电源变压器液晶显示背投电源变压器的DMR95,适用输出滤波电感的DMR24,适用于便携设备（非背投照明）开关电源变压器的DMR46, 有可工作2.5～5.6MHz的高频软磁低功耗材料DMR51,还有抗EMI用DN1502铁氧体材料。

 随后张老师介绍了开关电源磁元件—电参数处理的几点体会：
1. 磁损耗铜损耗及附加损耗是影响效率关键。在磁损耗方面决定了△B值需慎重。选择磁心材质方面也重要。铁氧体和磁粉心的磁损耗，一般前者很小，后者很大。用的工作频率也很重要，甚高频时（大于100MHz）铁氧体磁损也要经数值计算。在大纹波电流也如此。
2. 在选择导线及铜损耗方面，温度系数要考虑进去。一般所给是20℃下的直流电阻，工作升温后电阻会增大。一般按0.43%/℃速率增加，例如，当80℃时直流电阻值比20℃时上升了34.3%
3. 在扼流圈后面交流纹波仍不合要求时可以再设置第二级滤波器。这时一般采用开口状磁棒磁心。这意味着有大气隙尺寸，可以防止大直流电流下棒的饱和。选用铁粉棒状磁心有成本低的好处，而且一些初始磁导率的铁粉心也可适用，因为气隙大的缘故。
4. 当出现EMI、EMC问题时，把铁氧体改选为铁粉心是个可试验的方法。由于铁粉心气隙分布在磁路全程中，从而相对磁场干扰就小很多。但注意到这种材料高频损耗较大（相对铁氧体而言）使用时，可以绕成单层绕组，目的是减少绕组间的等效电容，从而减少绕组两端寄生的交频噪声，使电压波形、电流波形更符合理论值。在改为铁粉心后，如允许降低些工作频率运行，减少高频磁损耗。这时降低△B摆幅值，或B值均有异曲同工之效。
5. 环形磁心由于机械强度保证的需求往往截面积稍大一些，这就直接影响到环形磁心的窗口面积，加上批量生产环形绕组绕线由绕线机进行，会剩余较大窗口面积（手绕线除外）。
因此环形磁心温升验证容易过关，决定选择环形磁心的条件是磁的性能。这一点与通风不良的E形磁心温升是选择的条件是截然不同的。
6. 磁滞回环的非线性特性磁心用在扼流圈时，使得小信号动态电感值减少，为了不减小一般引入气隙。气隙在此有使之线性化作用。但是在某些场合，人们不希望是线性化的，而且有非线性化功能。例如设计摆幅扼流圈。这种扼流圈在小负载时L值上升，使小负载时电流波形连续，系统运行容易稳定；中负载大负载时L值下降，有利于减小扼流圈的体积；过负载时仍有极低的L值，这样可以使磁心不饱和，系统有一定过载能力。
7. 在开关电源设计中优化法、表格法、和诺模图法均是可行的。使用中各人均要摸石子过河，可以各有体会。现在，本人较推荐诺模图法，因为它涉及参数较多，使用非常方便。