4 恶劣温度环境下如何设计磁路
磁心是所有磁路的核心，它们随工作温度的改变而变化性能。如果没有努力为这种变化进行补偿，或设计磁路时没有考虑温度的变化，则因为实际上存在看环境温度的变化，磁路的工作性能将会受到有害的影响。
在温度升高到某一点温（居里温度），磁性材料有效性能将受到限制，即它们将失去优良的磁性能。居里温度的变化取决于合金材料冶炼过程，例如， Ni-Fe 合金的居里温度在 400~600℃ 之间。
由于 Ni-Fe 合金变形应力对磁性能有灵敏的影响，故在磁性器件正常生产过程中，将它们包装在非金属材料或铝材制造的外壳中是必要的。因为阻尼或缓冲材料可以预防磁性器件受外力的影响。这样，磁路的最高工作温度就可以不被限制在磁性材料的居里温度；但是，磁路的最高工作温度应限制在磁心外壳或混合缓冲物的最高工作温度之内。进一步讲，对磁路最高工作温度的限制应是绕组，混合封装元件或半导体器件等连同磁心一起使用时的最高工作温度。
在磁路完成加工或封装之后，磁心被包装在涂覆了环氧树脂的铝合金盒子内的情况下，其最高的连续工作温度是 200℃。但是，这一温度通常高于磁性器件中某些元件可以经受得起的温度。因此，在整个设备中，磁心的温度特性仅仅需要包括磁路的工作温度和环境试验形式所要求确定的温度。
随着用于磁心的标准化试验程序（IEEE标准#393）的出现，并仍然使用原始程序的恒电流通量调整（CCFR）的试验方法，大多数有效的温度参数可以测出，并制作成用 CCFR 试验议测量的性能变化图表。本节中，用这种试验方法提出的温度范围是 -55℃~125℃。
在曲线形成中的这些数据，是参照 25℃ 的正常环境温度时的多种参数的百分率变化。因此，如果需要进行补偿，是可以用已知的百分率变化直接计算出来的。如果不需要进行补偿，允许变化的电路公差近似值也可估算出来，同时，最差的工作状态也可以确定。
环境温度对典型磁路工作性能的影响，利用法拉第定律和安培定律可以计算：
法拉第定律指出：

用正弦波激励时可以简化为：

磁心总的磁通容量，φ=2Bm Ac
式中，Bm 为合金材料可以使用的最大磁通密度；Ac 是磁心的有效横截面积；N 为磁心上绕组的匝数；f 为工作频率。
因此，法拉第定律公式变为：
E=4.44 Bm Ac N f×10-8
曲线 #1 和曲线 #5 表示 Bm 随温度变化的关系。已知工作温度范围和 Bm 的总变化量，E（磁心维持的电压值）即可求出。
安培定律指出：

式中，H 为磁化磁动势（mmf），或对偏移磁心的B-H 曲线上的一些固定点进行调整的电动势。
在通常情况下，该点在 1/2 磁通量的调整状态，但该状态也可能在另外的一些点，这取决于磁心的类型、设计方法和磁路的用途。因为这些调整的 mmf 是随温度而变化的，如在曲线 #3、#4、#7 和 #8 所示的那样。该组件必须工作在较小的线性范围内，或者对期望的变化量进行补偿时，需要建立在偏置或调整绕组上，补偿可以从温度补偿电阻或导线上获得，为此，将要求改变偏流以使调整 mmf 适当地变化。
因为受补偿量的限制，使得合理地选择磁心（包括磁通容量、平均磁路长度和合金种类）并允许电路存在公差变得更加重要。在最终选择磁心尺寸、温度补偿、导线尺寸以及完成组件制造之前，偿试性设计是必要的。显然，随着更多信息的提供，选择磁心将更为容易。
4.1 举例
a. 零件1
假如在 +25℃ 环境温度下，51035-2A 这种尺寸的磁心之 Bm 值限制在 14，000~15，500 高斯，则在 -55℃~+105℃温度范围内，51035-2A 磁心可保证确定的电压（E）。该磁心工作在 400Hz 时，门脉冲电路绕组为 1200 匝。
解法拉第定律：E=4.44 Bm Ac N f×10-8
在 +105℃ 时，磁心的 Bm 值下降最大，它将保证最小的电压（E）和最低的 Bm 值。即在 +25℃ 的环境温度时，Bm=14，000 高斯（最小）；而在温度为 +105℃ 时，Bm 的最大降幅为 8%，即 Bm=14，000×(1-8%)=12880 高斯；在 -55℃ 时，Bm 增加最大，磁心将保证最大的电压（E）和最大的 Bm 值，即在 +25℃ 时，Bm=15500 高斯，而在 -55℃ 时，Bm 值增加 4.5%，即 Bm=15500×(1+4.5%)=16200 高斯。所以，在温度保持在 -55℃~+105℃ 范围内时，电压（E）的变化量由 Bm 的两个值决定：
E（最小）4.44←→1280←→0.685←→1200←→400←→10-8=188V；
E（最大）4.44←→16200←→0.685←→1200←→400←→10-8=236V；
b. 零件2
在以上确定的 -55℃ 到 +105℃ 的温度范围内，如果磁心被偏移了 1/2 磁通调整点，则必须确定进行补偿。
由安培定律得：

式中的各参数减小为：
NI =0.794←→Ho←→Ml
Ml（源于 51035-2A 磁心）=11.97cm
Ho（1/2 磁通调整点的磁通量）=H1+1/2ΔH
Ho 随 H1 和 ΔH 从 +25℃ 到 -55℃ 的增加而增加。因为 1/2ΔH 是 H1 绝对值的大约 7%，并且，当 ΔH 增大  4%，因此 Ho 增大 17%+0.07(4%) 或 17.3% 时，H1 增大 17%。
在 +105℃ 高温时，当 ΔH 减小 2%，H1 减小 15%。按照以上同样的原因，Ho = H1+1/2ΔH，那么，Ho 减小15%+0.07(2%) 或 15.1%。因此，磁心的 Ho 值将在 +25℃ 环境温度记录值的近似于 +17% 到 -15% 范围内变化。因为 1/2ΔH 大约是 Ho 值的 7%，如果没有在偏置电路中设立温度补偿，则在 90° 相位漂移或在 1/2 磁通量转换点上，磁心产生的偏移将使偏移点完全处于 B-H 曲线的线性范围之外。
为补偿 Ho 的改变必须改变偏置电流的求解：
NI=0.794←→Ho←→Ml
    =0.794←→Ho←→11.97
    =9.5←→Ho
（-55℃时）
（+105℃时）
在 +25℃ 时，如果控制匝数是 100 和该磁心的 Ho 是0.22奥斯特，那么，电流值是：
 毫安
 毫安
偏置绕组电阻值也必定按这些相同的百分率变化时，上式可以简化为：
百分率变化/℃
从这个数值可知，温度补偿电阻或导线可被用来选择并给出适当的温度系数。
5 环境对带绕环形磁心磁性能的影响
5.1 环境试验概述
环境对带绕磁心磁性能的影响研究必须参考包括用来进行环境试验的方法。在文章中提出的环境评价参考了许多有效的环境试验军用技术条件，并阐述了这些技术条件可以应用于磁心试验的那些部分的内容。并且要求研究对磁心性能可能产生影响的附加信息。
用于参考的环境试验军用技术条件有：
①MIL-STD-446A——电子零部件、电子管和固态器件的军用环境标准。
②MIL-STD-202B——电子和电器元件、部件的军用试验方法标准。
③MIL-T-5422E（ASG）——飞行器用电子设备环境试验军用技术条件。
④MIL-E-5272C（ASG）——航空器和连带设备的环境试验军用技术条件。
在评估对带绕环形磁心进行环境试验采用的形式时，必须首先做好对磁心结构及其在电路中使用情况的分析，例如，磁心不可能单独使用，在成为可以使用的磁性器件前，磁心上需要缠绕上铜导线、带状导体、罐注物或浸渍绝缘材料；并且，在多数情况下要密封在金属箱体（或盒体）之内。因为在现实的应用中，磁心体本身决不可能是暴露的。所以，许多环境试验项目并不需要对磁心单独实施。这些项目类型是①盐雾（腐蚀）试验，②湿气（稳态）试验，③浸水试验，④潮湿阻抗试验，⑤爆炸试验，⑥沙尘与灰尘试验。
由于其它的环境条件因素也可能改变磁心在电路中的工作特性，所以，任何可能影响磁心及其所在电路性能的因素都应进行充分的分析和评估。这些影响因素有①寿命，②温度循环，③压力，④热冲击，⑤振动，⑥机械冲击，⑦核辐射破坏。
为了保证零部件使用的可靠性，预防其失效，对以上影响产品可靠性的项目进行试验与分析评估是必需的。
5.2 军用技术条件包含的环境试验之意义和范围
5.2.1 MIL-STD-446A
本技术条件的用途是为通用的研究与开发程序制定环境试验计划；为通用的军用技术条件与标准所包括的电子零部件、电子管和固态器件建立统一的环境设计要求。
这项技术条件包括了三个军事部门要求使用的基本电子零部件，它们可分为 8 个环境细则。可能影响磁心特性的环境项目包括以下技术要求：
a. 温度：MAGNETICS 公司提供的磁心，如果没有受到物理因素对磁心及其外壳或保护层的损坏，对于工作温度范围在 -65℃~+125℃ 的所有带绕环形磁心能够满足Ⅲ组的要求。MAGNETICS 公司的磁心加装了铝外壳（5100 系列或 5200 系列）则能满足Ⅴ组的要求，而裸露的 magnesil 磁心（5300 系列）能满足Ⅷ 组的要求。
b. 振动：磁心的质量决定其工作时的最大振动幅值。对于重量小于 200g 的磁心，MAGNETICS 公司的所有磁心尺寸和型号都可以在 Ⅷ 组的条件要求下工作；对于重量大于 200g 的磁心，可以保证在 Ⅶ 组条件下工作。
c. 压力：磁心上绕上铜导体线圈，在其进行灌封和接下来的装盒焊封中，考虑压应力的影响是很重要的，尤其是在要求具有气密性的情况下。因为灌封结构和磁心外壳是刚性的，所以，外部的任何压力传递到磁心上是很小的。另外，在封装好的磁心内部存在一些空气位置，它们与阻尼合成材料结合在一起，可以吸收掉内部产生的任何一些小的压力变化。
d. 寿命：MAGNETICS 磁心与每个环境组相结合，将能经受得起工作与贮存寿命的要求，对于每一种型号的磁心，已在以上所述的温度条件下阐明（见表Ⅰ对 MIL-STD-446A 要求的描述）。
5.2.2 MIL-STD-202B标准
这部标准是为电子和电气零部件环境试验包括基本环境试验项目所建立的统一方法，该技术标准涉及磁心性能的重要部分是：
a. 温度循环试验（方法 102A）或热冲击（方法 07A）试验
这项试验之目的是，经在比较短的时间内，用规定的极端高温与低温重复地对试件表面进行热冲击，以揭示零部件的电阻变化。温度循环试验的影响包括对用作修补零部件的嵌入混合物和其它材料是否会产生裂纹或剥离层，以对最后封焊的焊缝、外壳的缝隙和电气性能变化的检验。
热冲击试验的优选程序之一是五次循环试验，见表Ⅱ的图表。
对于重量大于 0.3 磅的零部件，在规定的极端温度下的暴露时间可根据以下的表Ⅲ确定。
规定的测量内容是在居先的第一个周期和最后的一个周期完成前之间进行的。失效测量在样品的温度返回到最一个周期时的室内环境温度之前提下实施的。所有 MAGNETICS 公司的带绕磁心都能满足试验条件(b)的要求，而装入铝制外壳的磁心（5100 和 5200 系列）也能满足试验条件(c)的要求。不装入盒体的magnesil磁心可以满足包括表Ⅱ中试验条件(e)在内的全部要求。
b. 寿命试验（方法 108，在提高了环境温度下实施）
这项试验是为了确定其对零部件的电气和机械性能的影响这一目的而进行的，因为零部件在实现其工作功能中，同时会引起零部件之环境温度的提高。
试验样品的温度状态之一，见下列表 Ⅳ(a) 的规定：
在规定的温度范围内，试验所需时间长度请见表 Ⅳ(b)：
c. 振动试验（方法 201A）
这项试验的目的是用来确定零部件在主频率范围内振动所产生的影响，和它们在电磁场中工作时可能遇到的振动量级。被试验的每个零部件都符合谐振运动规律，即在 10 个和 55 个周期这两者之间，它们与频率变化是一致的，具有 0.06" 的总偏移。在三个各自相互垂直的方位上，对于 2 小时的周期，一个完整的循环要用一分钟。
所有 MAGNETICS 公司的磁心满足和优于这些要求。在工作频率范围内，磁心的重量小于 200 克时，可以安全地工作在 50G 的振幅，而磁心重量大于 200 克，可以安全地工作在 30G 振幅。
规定的测量内容应在振动期间或振动之后进行。
d. 振动试验（方法 204A）
这项试验的振动频率扩展到了 2000Hz。最坏遭遇的情况是等效于 20G，MAGNETICS 的磁心则可经受得起这种考验。
如要了解更多的信息，请见振动计算图表（附表 1）。
5.2.3 MIL-T-5422E(ASG)
除了以下表格中所列情况外，这个技术条件的内容实际上相似于以上所述的MIL-STD-202B。
a. 温度循环或热冲击

式中：H=磁化力（奥斯特）
N=匝数（匝），I=电流（安培）
Ml1=磁路的平均长度（cm）
Ml2=磁路的平均长度（inches）
Md=圆环的平均直径（inches）
d. 安培定律中不同单位制的关系
1 Gilbert — 0.796 Ampere-turn
1 Ampere-turn — 1.257 Gilbert
1 Gilbert per centimeter — 1 oersted
1 Ampere-turn — 0.495 oersted
1 oersted — 2.02 Ampere turn per inch
1 Ampere-turn per centimeter — 0.796 oersted
1 oersted — 1.257 Ampere-turn per cm
8 供磁性元件设计师选择磁性元件的图表
a. 为方便扼流圈、线圈、电感器、滤波器和谐振电路设计师选择磁性元件。现将影响磁性元件性能的四个主要变量——频率、温度、几何形状、稳定性各自列图表，以帮助设计师选取所需要的磁心元件。
b. 附表 2：频率范围
c. 附表 3：温度范围（℃）
d. 附表 4：通用磁心的几何形状和尺寸
e. 附表 5：稳定性判据