1 前言
如果经营企业需要技巧并且业务精练，那么，毫无疑问，设计高效率的磁路则要求工程师们具有丰富的想象力和精湛的技术。
为辅佐工程师们设计磁心，MAGNETICS 公司编写了以下一些基础性资料。它们主要涉及与设计带绕磁心相关的磁路基础知识。
假如你要在磁路设计中经历自始至终的全过程，你将能够从这些资料中收获更多的信息，而不会只是孤立地去讨论这个部件或那个部件的不相关联的信息。从这些资料信息中，你还可以比较完整地深入分析怎样设计出品质良好的带绕磁心。
资料提供者——MAGNETICS 公司希望这些资料能对设计师们有所帮助。
2 如何压缩磁路尺寸和缩短响应时间
2.1 磁路设计的基本公式
设计磁路要依据一些确定的方程式和公式，在基本类型的磁路设计中应用这些方程式时，应首先确定电路中所用带绕磁心的估算值，同时，在明确选定了磁心尺寸和类型后，还要认真地确定设计要素。
电压和磁通量两者之间的关系式由法拉第定律导出，其表达式为：

式中，E 为需要磁心保证的电压[单位，伏(V)]；N1 是磁心的匝数；dφ 为磁心磁通量的变化率[单位，麦克斯韦尔Maxwells]；dt 是时间的变化率[单位，秒(s)]。
可以将该方程式变换成另一种表达形式：
Edt=N1dφ×10-8
此公式很明显地指出了要用多大的电压才能激励磁心磁通量的转换并保证规定的响应时间。
第二个应用的重要方程式是安培定律。电流与磁化力的关系由下式阐述：

式中，H 为磁化力（单位，奥斯特—Oe）；N2 是磁心匝数；I 是所需要的电流（单位，安培—A）；Ml 为磁心的平均磁路长度（单位，厘米—cm）。
该公式简化后变为：
N2I=0.794×H×Ml
因为 H 是由选用的磁性材料类型决定的常量，因此，对于磁心磁化或饱和要求减少安—匝数的特殊设计，则应减小磁心的平均匝长。
绕组系数K表示环形磁心窗口面积的有效利用率，通常由绕组的导线尺寸、梭子尺寸和圆环高度等因素决定，一般在 0.35 至 0.55 之间选取。

式中，NT 是磁心的总匝数；AW 为包括绝缘层的绕组导线截面积（单位，圆周密耳或 cm2）；W 是磁心的窗口面积（单位，圆周密耳或 cm2）。
磁路的响应时间是使磁心达到饱和状态或转换磁心全部磁通量所用时间的关系表达式。因此，磁心的最小可能的响应时间将是加载电磁波或 1/2 周期波激励的，从负峰值转换到正峰值所经过的时间；使用单向脉冲波，1/2 波形或原始状态恒电流激励，则是使磁心达到饱和状态所需要的时间。在这种情况下，有效激励的能量越高，则磁心开关越快，因此，响应时间也越快。
进一步分析响应时间则涉及到不同形式的绕组在磁心上时所产生的附加阻抗的影响。因此，在给出了激励状态及相关形式绕组的阻抗总量时，响应时间将大于使磁心达到饱和的时间。这就必须将磁心匝数控制到最少，以保证响应时间能够尽量缩短，适当地选择磁心形式与尺寸以使磁心的平均磁路长度最短，这样就可以达到目的。
2.2 减小磁心尺寸的要素
在磁心的小型化目标实现之前，必须仔细认真地分析“2.1”节中所阐述的减小的磁心尺寸的诸要素，以确定它们在基本类型的磁路设计公式中所提出的结论。经过分析之后，我们可以相信，减小磁心尺寸是可以做到的，不过，这些减小磁心尺寸的要素，必须结合电路的具体指标要求选用。
分析法拉第定律，它可以被还原为：
Edt=N1dφ×10-8
很明显，为了减小磁路的尺寸，必须减小式中的 N1（要求闭合磁心保证电压 E），dφ（磁心中磁通量的变化率）或同时减小这两个参数。因为必须保证预先确定的电路电压“E”，减小 N1 或 dφ 或两者同时减小，则意味着dt 也必须减小。减小 dt 就要求电路工作在更高的频率。因此，我们由分析法拉第定律得出结论，减小磁路尺寸就必须使电路工作在较高的频率，或者设法使磁心的磁通量在更快速率的状况下变化。
被简化了的安培定律为：
N2I=0.794×H×Ml
也就是说，要求 NI 恢复为原值，或者使磁心饱和的条件直接由磁路的平均长度确定。因为 H 是由选用的磁性材料决定的常数，而 I 受连带的电路控制。最容易达到减小电路尺寸的方法是以减小磁心的平均匝长和同时减小磁路的匝数一起使磁路达到饱和。所以说，采取减小磁心的物理尺寸和减少其匝数的双重措施的效果是最明显的。
磁心尺寸可以做到减小多少呢？这就必须仔细地分析所使用的绕组导线之型号尺寸，工艺上使用的绕线机型号，还有以上所讨论过的磁心窗口有效面积。
概括起来，减小磁路尺寸和响应时间，以下几点是非常重要的：
① 提高磁心的工作频率或使磁心的开关速率更快。
② 选用小直径的磁心，以使磁路的平均匝长减至最小，因此需要考虑的要素有磁心的匝数、绕组导线的尺寸与型号以及所用的绕线机型号。
③ 由法拉第定律和安培定律考虑减少磁心匝数的可能性。
④ 在评价以上第③点减少磁心匝数和第①点提升工作频率时，应选择可以减小磁通容量的磁心。
2.3 其它考虑
在进行以下如何减小磁心尺寸和响应时间的问答对话之前，必须分析其存在的确定含意：
问：如果磁路仅在低频段是适用的，那么，高频在何处获得？
答：高的工作频率可以从辅助电路产生的频率转换得到。即使是要求采用传统电路，也可能从提高工作频率中使总的组件尺寸减小。
问：当磁心工作在高频段时，磁心的磁参数会发生什么情况？
答：一般情况下，磁心的损耗增加了。这意味着使磁心饱和的磁化电流要增大。由于提升工作频率以减小磁心的尺寸，那么也要求调整磁化力的需要量。因此，要仔细充分地分析不同的磁路计算设计公式和变更所采用的不同磁路的常数，以便使每个设计阶段都能做到磁心尺寸最小化。
问：怎样做才能使磁心提高开关速率？
答：磁心转换磁通的速率是受所选用的磁性材料及其厚度和用来转换的有效能量总和等制约的。为此，由于提高了工作频率，必须对磁性材料的型号和厚度的选择进行充分的分析。在通常情况下，因为工作频率提高了，有效磁化能量或安匝数也必须增加。曲线中表示的磁化力（H）和开关速率两者之间的关系是由不同材料及其厚度提供的（见下一节“为工作在高频设计的磁路”）。
如果理解了基本磁路的方程式，那么，在选择工作频率时代入合适的磁性常数至所用的公式中，同时经过充分的分析计算，即可确定磁路尺寸和响应时间被减小了多少。
法拉第定律和安培定律是理解磁路方程式的基础。
2.4 举例
确定用提高工作频率来设计输入电压为 120V，负载为 500Ω 和输出为 100V 的全波自饱和直流磁放大器时，减小其尺寸是可以做到的。这种部件由两个隔离绕组控制，并且在分别存在 20mA 和 10mA 电流时，这些绕组必须控制在从完全闭合到完全断开的状态。激励频率是从60Hz 到 6000Hz 的正弦波。

用正弦波激励时，E 的方程式可以简化为：
E=2.22φNf×10-8                           移项得：

2.4.1 工作频率为 60Hz 的求解
（麦克斯韦—匝）
为方便绕组的制作，假设门电路绕组的标称匝数在2000 到 2500 匝左右。根据列入下述一览表中的常用带绕磁心的有效尺寸范围，求出标称 φ 值和选择磁通量。
（麦克斯韦）
磁心横截面尺寸为 1.452cm2 的标准磁心的磁通容量近似值是 40700 麦克斯韦。磁通量可以由有效磁心一览表通过公式 φ=2BmAc 计算：
（匝）
平均直流（DC）负载电流
求出每个门电路绕组的平均电流并转换成均方根（rms）值。
在每个门脉冲电路绕组上的均方根（RMS）电流值
承载 0.157A 电流的导线尺寸为 #28AWG（美国线规）。#28AWG 的导线截面积=207（圆周密耳）。
假设绕组系数 K=0.40，并为门脉冲电路绕组取有效窗口面积为 85%，则窗口面积的解为：
（圆周密耳）
带绕磁心中具有这个尺寸的窗口面积，并且磁通容量靠近以上值的磁心型号应是 50012-4A。
用来控制绕组匝数的解法为：
 移项得：
 
60Hz 时，在 50012-4A 磁心中的 H 变成了：
H=0.3（奥斯特 Oe）
50012-4A 型磁心的平均磁路长度=11.96cm
（安—匝）
在 20mA 电流时，绕组的匝数 N1=143（匝）
在 10mA 电流时，绕组的匝数 N2=285（匝）
用作控制绕组的导线尺寸用 #32AWG 导线。#32AWG导线的截面积=88.3（圆周密耳）。
（假设绕组必须具有承载 3 倍标称电流的能力。因为控制绕组仅使用了磁心有效窗口面积的一小部分，为方便计，可以用 #32AWG 导线制作两个控制绕组。）
检验窗口面积的利用率 K：