开关电源之磁学基本定律
开关电源之--磁学基础
磁学基本定律
（1）：均匀恒定磁场中，与磁场同方向的两点之间的磁动势为：
F = Hl
其中，H ：为磁场强度；
l ：为两点间的距离。
（2）：均匀恒定磁场中，垂直穿过某一面积的总磁通为：
其中，B ：为磁通强度；
Ac：包围所穿过磁通的面积。
（3）：铁芯中的磁通密度与磁场强度之间的关系：
B = μH
其中，μ=μrμo：为铁芯材料的导磁率，μo为真空的导磁率，μr为铁芯材料的相对导磁率， μo= 4Π ×10-7H /m，μr= 103~ 106
（4）：法拉第电磁感应定律：
变化的磁通会在线圈中感应电压，大小满足上述公式，其中n 为线圈的匝数，方向由棱次定律判断。
（5）：棱次定律：
由磁通感应的电压，企图产生一个电流，此电流产生的磁通将使穿过线圈的总磁通减小。具体是伸出左手，用拇指对准磁通的方向，则四指所指的方向即为感应电流的方向。
（6）：安培定律：
铁芯内的磁场是由外加线圈中的电流所产生的，其大小满足上述公式。
磁学与电学的相似性
磁学与电学的相似性总结成下表：
磁学的基本单位
磁学的基本单位总结成下表：
磁芯材料的BH 曲线
典型磁芯材料的 BH 曲线为：
磁路的基本元件—磁阻
（1）：物理结构：
（2）：数学关系：
F = ΦR 或磁路欧姆定律：Φ=F/R
其中：R=l/μAc为上述磁路的磁阻。
（3）：磁路模型：
磁路的KCL定律
磁路的 KCL 定律：
进入节点的磁通和离开节点的磁通相等。
磁路的KVL定律
磁路的 KVL 定律：
封闭磁路的磁动势之和为零
复杂磁路的分析步骤
第一步：将实际的磁路画成等效的集中磁路；
第二步：计算各磁路元件的磁阻；
第三步：用磁路 KCL，KVL 定律计算磁通，磁密和磁场强度；
第四步：计算其它的变量。
铁芯的磁滞损耗
(1): 铁芯结构：
(2): 铁芯的磁滞损耗：
当磁芯材料一定时：
-- 铁芯的磁滞损耗与铁芯的体积成正比；
-- 铁芯的磁滞损耗与激励的频率成正比；
-- 在不同拓扑中，B-H 面积不同，由上式可知：一周期中，因激磁，去磁包围的面积愈大，则磁滞损耗也愈大，故各拓扑（如双正激和半桥）都有最佳工作频率。
铁芯的涡流损耗
(1): 铁芯结构：
(2): 铁芯的涡流损耗：
原因：铁芯截面的感应电压，如铁芯是电导体，则此感应电压将产生图中所示方向的感应电流。进而在铁芯中产生功耗。
铁芯的涡流，与激励频率成正比，与铁芯的电阻成反比。
-- 与激励频率的平方成正比，与铁芯的电阻成反比；
-- 高饱和磁密的铁芯，如硅钢片，因涡流损耗，一般只能用作 DC 滤波电感和低频变压器；
-- 高频变压器需要用高电阻率的铁芯，如铁氧体。
实际铁芯损耗的经验公式
经验公式：
其中：公式中的系数可从铁芯制造商的手册中查得。对于铁氧体：β 在2.6~2.8 之间。
单绕组铁芯元件-电感
(1)：物理结构：
(2)：电感量计算公式：
(3)：作为直流滤波电感不饱和的条件：
绕组的低频损耗
(1)：绕组的低频等效电路：
(2)：绕组的低频损耗：
其中：Irms为流过电流的有效值； R 为绕组的低频电阻。
绕组的高频集肤效应
(1)：集肤效应示意图：
(2)：绕组的穿透深度（集肤深度）
其中： ρ为绕组的电阻率，μo为真空的导磁率。
(3)：100°的铜导体，集肤深度为：
-- 频率愈高，集肤深度愈小；
-- 当导体载有高频电流时，其真正导电的仅仅是表面，故单根导线的线经应小于或等于集肤深
度，否则将浪费材料；
-- 高频时，导体的损耗更大。因电流集中在表面，内部的导体没有导电。
绕组的高频邻近效应
(1)：邻近效应示意图：
(2)：多层绕组总的铜耗
(3)：多层绕组的低频损耗：
(4)：多层绕组的总损耗/低频损耗：
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