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磁性元件设计教程之开关电源中磁性元器件电子版教材免费下载

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资料介绍

标签:元器件(737)开关电源(3186)变压器(2222)

  几乎所有电源电路中,都离不开磁性元器件 电感器或变压器。例如在输入和输出端采用电感滤除开关波形的谐波;在谐振变换器中用电感与电容产生谐振以获得正弦波电压和电流;在缓冲电路中,用电感限制功率器件电流变化率;在升压式变换器中,储能和传输能量;有时还用电感限制电路的瞬态电流等。而变压器用来将两个系统之间电气隔离,电压或阻抗变换,或产生相位移(3 相 Δ—Y 变换),存储和传输能量(反激变压器),以及电压和电流检测(电压和电流互感器)。可以说磁性元件是电力电子技术最重要的组成部分之一。

  磁性元器件—电感器和变压器与其他电气元件不同,使用者很难采购到符合自己要求的电感和变压器。对于工业产品,应当有一个在规定范围内通用的规范化的参数,这对磁性元件来说是非常困难的。而表征磁性元件的大多数参数(电感量,电压,电流,处理能量,频率,匝比,漏感,损耗)对制造商是无所适从的。相反,具体设计一个磁性元件在满足电气性能条件下,可综合考虑成本,体积,重量和制造的困难程度,在一定的条件下可获得较满意的结果。

  由于很难从市场上购得标准的磁性元器件,开关电源设计工作的大部分就是磁性元件的设计。有经验的开关电源设计者深知,开关电源设计的成败在很大程度上取决于磁性元件的正确设计和制作。高频变压器和电感固有的寄生参数,引起电路中各色各样的问题,例如高损耗、必须用缓冲或箝位电路处理的高电压尖峰、多路输出之间交叉调节性能差、输出或输入噪声耦合和占空度范围限制等等,对初步进入开关电源领域的工程师往往感到手足无措。

  磁性元件的分析和设计比电路设计复杂得多,要直接得到唯一的答案是困难的。因为要涉及到许多因素,因此设计结果绝不是唯一合理的。例如,不允许超过某一定体积,有几个用不同材料的设计可以满足要求,但如果进一步要求成本最低,则限制了设计的选择范围。因此最优问题是多目标的,相对的。或许是最小的体积,最低成本,或是最高效率等等。最终的解决方案与主观因素、设计者经验和市场供应情况有关。另一方面,正确的设计不只是一般电路设计意义上的参数计算。还应当包含结构、工艺和散热等设计,而且是更重要的设计。高频开关电源的很多麻烦是由于磁性元件工艺、结构和制造不合理引起的。

  尽管磁性元件设计结果是相对的,不是唯一的。但至少设计结果应当是合理的。因此,开关电源设计者应当有比较好的磁学基础。遗憾的是在现今中等专业学校和高等院校中磁的讲解偏少,尤其是应用于开关电源的实际磁的概念更少涉及。为此,本书试图在讲清工程电磁的最基本概念的基础上,介绍磁性材料性能和选用以及高频条件下磁性元件工作的特殊问题、磁性元件设计的一般方法和工艺结构。给初学者初步提供理论依据和经验数据,为进入“黑色艺术殿堂”打下必要的基础,并通过自己的不断实践,也成为开关电源磁性元件的专家。

  磁性是某些物质的特殊的物理性能,中国人最早利用这一性质发明了指南针。从 19 世纪到 20 世纪初,麦克司韦、楞次、法拉第和安培等科学家建立了电磁场理论和电磁基本定律,奠定了现代电磁科学发展基础。在工程上,主要是应用电磁的两个基本定律-全电流定律和电磁感应定律。由于推演方法的不同,电磁计量存在两种不同的计量单位制-国际单位制(SI 制,或有理化单位制或 MKS 制,即米-千克-秒制)和实用单位制(或非有理化单位制,CGS 制,即厘米-克-秒制)。英美通常应用 CGS 制,而我国使用 MKS 制。

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