随着半導體技術的發展，電子器件的集成度越來越高，各種電子标準器件也越來越完善，各大芯片廠商給出的配套電路設計方案也越來越詳細，使得硬件工程師們設計的電路越來越簡單，所以硬件工程師的門檻也越來越低，自然地薪酬也越來越低。

但是，對于電源必不可少的磁性器件，卻很難被标準化，因為市場需求的電源各式各樣，輸入電壓電流、輸出電壓電流、高矮長短不盡相同，而現在的電源追求高功率密度，不可能用大變壓器、電感用在小功率産品上，磁性器件生産廠家也不可能做出所有類型的磁性器件放到市場上去。所以這必須由工程師設計好，然後由磁性器件生産廠家生産。有大學教授預言未來電源硬件工程師的價值就更多地體現在磁性器件的設計能力。

一、常用磁性材料的基本知識

就當前的技術而言，每一個開關電源中必然會有磁性器件，它對電源的體積、效率等有重要影響。磁性材料有很多種類，特性各異，不同的應用場合有不同的選擇。以下整理了幾種常用的磁性材料。

表1.1 幾種常用的磁性材料特性

（有些參數沒有找到具體數值，知道的朋友在評論區告知一下哈！）

低碳鋼：由于電阻率很低，導緻其在高頻時渦流很大，損耗大，發熱厲害，所以隻能用于低頻場合，例如用于制作無源PFC的電感；

鐵氧體：鐵氧體的種類很多，由于錳-鋅鐵氧體價格較為便宜，并且磁導率可選範圍大，渦流損耗較小，所以在幾十kHz到幾百kHz的頻率範圍内被用得最為廣泛。磁導率在2k-4k的在變壓器中運用廣泛，磁導率>10k的多用于共模電感。

钼坡莫合金、高磁通：具有高飽和磁感應強度、直流疊加特性，溫度穩定性良好，損耗很低，但價格昂貴，多用于不計成本的航空和軍工産品。

鐵矽鋁：具有良好的高頻磁特性，較好的溫度穩定性，寬恒導磁率及低損耗、低成本，在輸出電感、APFC電感得到廣泛運用。

鐵粉芯：具有高飽和磁感應強度，磁導率相對較小，能存儲較大的能量，但具有較大磁滞回路面積，因此鐵粉芯不适用于不連續電流的電感器或具有大交流磁通擺動的變壓器中。

二、磁芯材料的參數特點

以上隻是簡單地介紹了三大類的磁性材料（钼坡莫合金、高磁通、鐵矽鋁和鐵粉芯均屬于粉末磁芯），大類下可以細分為很多種磁性材料，無法一一介紹。這裡以最常用的TDK的Mn-Zn鐵氧體材料為例介紹一下磁芯材料需要注意的參數特點。

在TDK品牌中Mn-Zn系列鐵氧體中包括PC33，PC40，PC44，PC45，PC46，PC47，PC50，PC90，PC95等等多種材質。這些不同材質的鐵氧體有不同的特性參數，如初始磁導率、磁芯損耗、溫度特性等等。

種類太多了，下面主要以PC40、PC44、PC47為例進行介紹。

圖Bs-T展示了PC40、PC44、PC47的飽和磁感應強度和剩餘磁感應強度跟溫度關系，可以看到磁感應強度PC47>PC44>PC40，并且它們的飽和磁感應強度和剩餘磁感應強度都随溫度的升高而降低，所以設計變壓器和電感時應取高溫下的飽和磁感應強度的80%-90%作為設計參數。

圖Bs-T

圖CLP-T展示磁芯損耗與溫度（和頻率）的關系，可以看到溫度為100℃左右這三種鐵氧體的損耗最小，所以作為工程師，我們設計電源時，并不能認為使變壓器的磁芯溫度越小越好，控制溫度在該材質的損耗最小的溫度處，可以使電源效率提高。

左圖為100kHz頻率下的損耗，右圖為200kHz頻率下的損耗，可以看到頻率隻是提高了1倍，但損耗卻提高了将近10倍！！！PC40與PC47在100℃處的損耗差值由170kW/m3變為1300kW/m3，所以提高頻率對磁芯材質的要求很高。

圖CLP-T

但需要注意的是，并不是所有材質的鐵氧體磁芯都是在溫度100℃時損耗最小，如下圖所示，PC46材質在46℃、PC45在80℃損耗最小。

通過鐵氧體的磁感應強度的大小也跟損耗有關，通過的磁感應強度越大，磁芯損耗也就越大。

不同材質的鐵氧體磁導率也不同，圖ui-f展示了初始磁導率與頻率的關系。在頻率大于1000kHz後初始磁導率轉折降低。設計超高頻變壓器、電感時需要特别注意選擇磁芯材質的頻率特性。

圖ui-f

溫度對磁導率的影響也很大，鐵氧體材料一般在200多℃磁導率就會急速降低為零，該溫度稱為居裡溫度。這個在設計時需要特别注意，有些磁芯材料居裡溫度隻有130℃左右，如HS10。

圖ui-T

HS10--圖ui-T

三、繞制線圈工藝對磁性器件性能的影響

影響磁性器件性能的因素除了磁芯材質外，與磁性器件的線圈繞制工藝也有很大關系。例如共模電感，很多時候，共模電感的感量越大，對EMI的抑制效果越好，所以為了獲得更大的感量，我們會盡量地繞制更多的匝數，但有時往往會獲得更差的EMI效果。

這是由于導線匝與匝之間的寄生電容引起的，寄生電容與電感形成諧振電路引起EMI變差。

圖3.1 電感上的寄生電容示意圖

圖3.2 繞線方式導緻寄生電容增大

使用金屬箔做磁芯器件的繞線，由于導線面積的加寬，增大了匝間的寄生電容。

圖3.3 金屬箔匝間電容

變壓器原邊和副邊的繞線方式對變壓器的性能也有很大影響，下圖中，變壓器右邊的折線圖表示在變壓器不同位置的線圈産生的磁動勢（mmf），磁動勢越大，“鄰近效應”産生渦流損耗越大。此外，變壓器還有一個很重要的參數——漏感，這參數對不同的電源拓撲會産生不同影響。采用線圈并繞方式，可以減小變壓器的漏感。

圖3.4 一、二次側繞組結構不同的變壓器

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