电源中电磁元件的铁心结构

对磁粉芯提出的指标有饱和磁通密度Bs、有效磁导率μe、有效品质因数Qe、有效磁导率温度系αμe及居里点、比重等。主要的磁粉芯的性能参数如表1所示。铁镍钼磁粉芯国家标准型号为FN81，上海钢铁研究所型号为SN，美国阿诺德公司型号为MPP，磁导率高，工作环境适应范围广，损耗低，但价格贵。铁镍高磁通磁粉芯国家标准型号为FN50，美国阿诺德公司型号为HF，饱和磁通密度高，磁导率中等，损耗也较低，价格较便宜，国内外最近比较重视研究和使用。铁硅铝磁粉芯上海钢铁研究所型号为SA，美国阿诺德公司型号为MS，是一种价格较低，综合性能指标较好的磁粉芯。铁磁粉芯上海钢铁研究所型号SF，国外一般型号为IP，磁导率和饱和磁通密度高，但在高频下损耗大，只适用于低频和20kHz以下的中频使用。由于价格便宜，可以把它加工成大型磁粉芯，代替硅钢，作为大容量直流电源的滤波电抗器。

除了表1所列性能而外，一般还给出有效磁导率μe与频率f的关系曲线。与软磁铁氧体类似，在超过一定极限工作频率以后，有效磁导率会迅速下降。同时，还给出在有效磁导率μe下降50％的外加磁场强度，也就是恒磁范围。表2是铁镍钼磁粉芯和高磁通铁镍磁粉芯的恒磁范围。还有，对用于输出滤波器的磁粉芯，必须给出交直流同时磁化曲线，表示在大的直流磁化条件下，磁粉芯有效磁导率的变化情况。

表1磁粉芯的主要性能

材料	Bs(T)	Hs(A/m)	μe10kHz	Pc0.1T/20kHzW/d	Pc0.04T/100kHzW/d	比重g/d
铁镍钼磁粉芯	0.7	47760	35～300	14	1.32～1.27	7.8～7.9
高磁通铁镍磁粉芯	1.2	63680	20～150		3.13～1.64	7.6
铁硅铝磁粉芯	1.1		35～300	16～19	1.68	5.6～6.2
铁磁粉芯	1.4	19900	50～500	88	6.20～4.61	7.0～7.2
非晶微晶磁粉芯	1.2		20～800	10～25	1.0～1.5	7.2

图9平面布置的多功能铁心结构

(a)一个变压器和一个电抗器(b)一个变压器和两个电抗器

图10两种软磁材料组成的多功能铁心结构

(a)柜形铁心(b)桥式铁心

表2铁镍钼磁粉芯和高磁通铁镍磁粉芯恒磁范围

铁镍钼磁粉芯	μe10kHz	60	125	160	300
	H(A/m)	8000	4000	3200	1600
	H(Oe)	100	50	40	20
高磁通铁镍磁粉芯	μe10kHz	22	35	60	75
	H(A/m)	22400	20000	5600	4000
	H(Oe)	280	250	70	50

以前，包括国家标准在内，都没有测试20kHz以上的有效磁导率μe和损耗Pc。现在已有生产单位提供这方面的性能数据。希望制订磁粉芯新的标准时，能提供20kHz、100kHz、1MHz、5MHz，甚至10MHz下的有效磁导率μe和损耗Pc，有利于把磁粉芯应用到中高频和高频电源中去。

7多功能铁心（集成磁芯）

多功能铁心结构是指一种铁心同时起变压器和电抗器，变压器和磁性开关等多种功能。库克教授在提出库克电路的同时，把这种多功能铁心结构称为“集成磁芯”，意思是指它象半导体集成电路一样，把几种功能集成在一起。这个词语“集成磁芯”，到现在一直有人在使用。但是，现在出现了利用与半导体集成电路工艺相类似的技术，制造薄膜式铁心及其应用的电磁元件，有的人称为“微磁性器件”，有的人称为“集成磁性器件”。因此，我认为再使用集成磁芯就容易使人混淆，把两种完全不同的铁心结构认为是同一样的东西，所以把原来的集成磁芯改称为“多功能铁心”。

其实，最早的多功能铁心出现在铁磁谐振稳压器中，包括一个变压器和一个由磁分路组成的电抗器。恒压变压器是由铁磁谐振稳压器发展而来的，铁心也属于多功能铁心结构。

常见的多功能铁心结构主要是平面布置的形式（图9）。图9（a）是一个变压器和一个电抗器的铁心结构。图9（b）是一个变压器和两个电抗器的铁心结构。图10巧妙地采用两种软磁材料组成多功能铁心结构。图10（a）外框铁心采用高导磁合金材料，形成变压器，中间采用低导磁材料形成电抗器。除了这种框形加中间柱结构而外，还有图10（b）的桥式多功能铁心结构，四个桥臂用高导磁材料，桥对角线用低导磁材料或者开一个气隙。

从20世纪80年代末开始，对由垂直形铁心构成的立体布置的多功能铁心结构进行研究的人员越来越多。最早是有人把C形铁心的一半转90°而形成的，发现在没转90°的C形铁心上的绕组之间仍存在变压器功能，转90°的C形铁心上绕上一个绕组，可以通过电流激磁后，改变没转90°的C形铁心上绕组的电感〔见图11（a）〕。后来把铁心去掉一些变成图11（b），仍然具有这样的功能。图11（c）是把两个变压器和两个可控电感组合在一起的多功能铁心结构。

图11