福州大学李智华罗恒廉费鸿俊（福州350002）

    摘要：高频磁性元件作为开关电源的重要组成部分，直接影响着开关电源的效率、体积和成本。而磁心材料在很大程度上决定着磁性元件的性能。本文对一些磁件常用软磁材料的基本特性进行了概括介绍，并进一步总结了这些材料的应用。

    关键词：开关电源、高频、磁性元件、磁心材料

    abstract:magnetic components are major parts in switch－mode powersupply that affectits efficiency,volume and cost.in much degree,the core material can determine the performance of magnetic components.the paper introduced some kinds of soft－magnetic materials and generalized their usage in high－frequency components.

    keywords:switch－mode power supply high－frequency magnetic component core material

    1引言

    高频开关电源作为一种比较新型的直流稳压电源，具有效率高、体积小、重量轻等特点。因此在国际上受到广泛重视，发展迅速，市场前景广阔。目前，开关电源的研究主要集中在两个方面：一个是对小功率开关电源，如何更大程度地提高频率、提高效率、减小体积和成本、实现集成化；另一个是对大功率开关电源，如何提高频率、效率及可靠性。这两个研究方向，都牵涉到开关电源中的基本电磁器件（如图1）的研究和开发，而作为决定电磁器件性能、体积、效率等特性的磁心材料已被广大研究工作者重视。随着材料的组成及生产工艺的改进，性能优良的适于在高频下应用的新型材料和产品不断涌现。本文将对一些在高频下常用材料的性能、特点及其在低频下的使用情况加以介绍，以便今后在磁件的设计、应用过程中，根据需要选择性能价格比更高的磁心材料。

    2高频下使用的磁心材料的特点

    图1开关电源中的电磁器件

    由图1可以看出：开关电源中包含有多种用途的电磁器件，本文以电源变压器为例来说明材料的特性。由于主电源变压器有两种工作情况：即双向激磁状态和单向激磁状态，这里仅以双向激磁的主变压器为例，来叙述适于在高频情况下工作的材料一般应具有的特点。电源变压器磁心的特征参数可以表示为：

    scso=p0(1＋1/η)/kukebmfj

    式中：sc——磁心有效截面积（cm2）；

    so——磁心窗口面积（cm2）；

    η——变压器效率；

    ku——波形系数；

    ke——窗口填充系数；

    bm——最大工作磁通密度（t）；

    f——工作频率（hz）；

    j——电流密度（a/mm2）；

    po——输出功率（w）。

    由上式可以看出：在输出功率一定的情况下，要减小电源变压器的体积，即要改变相关的特征参数，可以通过提高最大磁通密度bm、工作频率f、窗口填充系数ke（受设备与工艺水平的限制）、提高效率η（即降低损耗）等方法来实现。但是磁心的磁滞涡流

    损耗都与工作频率f和工作磁通密度bm相关。f升高或bm增大，损耗都会大幅度增加，致使磁心发热严重，这就要求磁心材料电阻率ρ要大，以有效抑制涡流损耗。为了提高工作磁密bm，材料的饱和磁密bs要高，而且为了使磁件能够在比较宽的温度范围内具有良好的工作特性，磁心材料的居里温度tc要求比较高。作为传输功率的磁心材料的损耗应该很低。我们知道：大功率、低频下的铁心常采用硅钢叠片组成，硅钢的bs、磁导率、居里温度都比较高，但电阻率ρ很低，为（10－5～10－8）ω－m。工程上常用0.35mm和0.5mm两种规格的硅钢片。叠片的最小厚度决定着材料的上限工作频率，如果要使硅钢工作在400hz，叠片的厚度一般为0.1～0.15mm。更薄硅钢片的加工工艺复杂，成本较高，且受到材料性能的限制，难以实现，这就使硅钢片在高频率下的应用受到限制。

    3高频下常用的磁性材料

    3.1铁氧体

    铁氧体是一种非金属磁性材料，一般由铁、锰、镁、铜等金属氧化物粉末按一定比例混合压制成型，然后在高温下烧结而成的。由于它的制造方法与陶瓷相似，所以