“磁感”概念分析及应用
2010-07-08 10:32:11
来源：《磁性元件与电源》2010年7月刊
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1 引言
现在开关电源变压器所用磁芯的各项技术参数，取决于磁芯磁路的横截面积和长度，而实际上开关电源的工作频率已达到辐射的级数，而电磁场辐射最经典的解释是：麦克斯韦电磁波传播定律。能否用这个经典定律来分析开关电源变压器呢，本文试作一探讨，并就实际应用展开。
2 电磁场物理模型
环形电导线里，电势驱动电荷作位移时的场强。
闭合磁路里的磁力线，由一极出发藕合一圈后会连到另一极。
当没有电导体和磁导体，电场和磁场自由传播时，麦克斯韦建立电磁场传播定律。
如影随形，完全对称，完整耦合，四周及各向空间，平均分布。
当一开始引入电线圈，电导会先聚合电场，因改变了电场的分布，从而令磁场分布改变，环形电流相当于是一个小磁极。
环形螺线管电流为均匀磁场（用微积分把各个环形线圈累加迭后得到）。
环形电流内为均匀磁场。
由电磁对称，环形电流内为均匀磁场，可得直线电流场外为环状磁场。当均匀的电场为直线分布时就会产生螺线管式的磁场。
普通变压器的磁芯把两均匀的磁场的首尾两极互连﹐而构成磁的回路，产生能量的传递和流动。
同理由电磁对称，不难得到把两螺线管磁场互连也首尾闭合，构成回路，两根普通的导线电流间就能实现耦合和能量传送。圈数越多，耦合系数越好。
变压器是线圈型的电流，直线闭合的磁场；变压器是采用的较多的电线圈，和一圈的磁路；
磁感器是线圈型的磁场，直线闭合的电流。磁感器是采用的较多的磁线圈，和一圈的电路；
一圈的磁路需要很多的电线圈，多圈的磁路就只需要一圈的铜导线圈，所以两圈的磁路可以大大减少现在变压器的铜导线的圈数。
磁路的螺线管形状，我们就叫磁感。因为电磁对称﹐电感为电导线圈的圆形状，所以磁感为磁路圈的圆形状。
电路 磁路
电压 磁压
电流 磁流
电阻 磁阻
电感 磁感
电容 磁容
说明：
① 磁压：就是我们常说的磁通势，用NI表示.
② 磁流：就是我们常说的磁通，用φ表示，
即φ=BS=U(NI/L)S=NI/(1/U*L/S)
③ 磁阻：就是我们常说的磁导的倒数，用1/U*1/S表示。
④ 磁感：就是我们常说的电流的线圈螺线模型，由电磁对称和麦克斯韦定律，就可导出磁流的线圈螺线模型就是磁感。
电感的大小和储存能量的多少与圈数的平方成正比，磁感也是电感的大小与电路的圈数平方成正比，与铜导线的线径和长度没有关系。
磁感的大小与磁路的圈数平方成正比，与磁回路的截面积Ae和磁路长度Le没有关系。
电感能量的多少与电线圈的圈数平方成正比，与铜导线的线径和长度没有关系。
磁感能量的多少与磁线圈的圈数平方成正比，与磁回路的Ae和Le没有关系。
激磁能量的多少与磁回路的圈数平方成正比（在其它相同的条件下），与磁路的截面积Ae和磁路的长度Le没有关系。
3 实际应用方案
单磁路，典型的开关电源变压器的物理模型
双磁路，我们开发的一种基于目前通用旧磁芯的新磁路磁芯，
单磁路和双磁路的激磁效果差别为1:4
单磁路为目前的旧产品，磁路回圈一次，级数最低只有一圈，属于最低级的磁感；
双磁路为开发的新产品，磁路回圈两次；级数较高有两圈，属于较高级别的磁感；
单磁路和双磁路的激磁效果差别为1:4
所以非常适合用在：少圈数，小体积，少寄生参数，高频的变压器中。
(1) 双磁路损耗分析
单磁路
因为比较大的气缝隙，所以多的磁力线切割线圈，导致更大的漏感和更多的损耗
双磁路
气缝隙分配成两个，同时磁路增长，得到比较小的气隙，所以少的磁力线切割线圈，带来更小的漏感和更低的损耗。同样的材质条件下，损耗降低30%。
CORE LOSS
测试条件 20℃ 60℃ 80℃ 100℃
1 1.97 1.5 1.52 1.56
2 2.24 1.75 1.75 1.74
备注：测试 P/L(1-3) 50kHZ 130V
负载：PIN (12-9，10) 并联 10Ω/20W 电阻
(2)双磁路产品加电流分析
现在开关电源变压器所用磁芯的各项技术参数，取决于磁芯磁路的横截面积和长度，而实际上开关电源的工作频率已达到辐射的级数，而电磁场辐射最经典的解释是：麦克斯韦电磁波传播定律。能否用这个经典定律来分析开关电源变压器呢，本文试作一探讨，并就实际应用展开。
2 电磁场物理模型
环形电导线里，电势驱动电荷作位移时的场强。
闭合磁路里的磁力线，由一极出发藕合一圈后会连到另一极。
当没有电导体和磁导体，电场和磁场自由传播时，麦克斯韦建立电磁场传播定律。
如影随形，完全对称，完整耦合，四周及各向空间，平均分布。
当一开始引入电线圈，电导会先聚合电场，因改变了电场的分布，从而令磁场分布改变，环形电流相当于是一个小磁极。
环形螺线管电流为均匀磁场（用微积分把各个环形线圈累加迭后得到）。
环形电流内为均匀磁场。
由电磁对称，环形电流内为均匀磁场，可得直线电流场外为环状磁场。当均匀的电场为直线分布时就会产生螺线管式的磁场。
普通变压器的磁芯把两均匀的磁场的首尾两极互连﹐而构成磁的回路，产生能量的传递和流动。
同理由电磁对称，不难得到把两螺线管磁场互连也首尾闭合，构成回路，两根普通的导线电流间就能实现耦合和能量传送。圈数越多，耦合系数越好。
变压器是线圈型的电流，直线闭合的磁场；变压器是采用的较多的电线圈，和一圈的磁路；
磁感器是线圈型的磁场，直线闭合的电流。磁感器是采用的较多的磁线圈，和一圈的电路；
一圈的磁路需要很多的电线圈，多圈的磁路就只需要一圈的铜导线圈，所以两圈的磁路可以大大减少现在变压器的铜导线的圈数。
磁路的螺线管形状，我们就叫磁感。因为电磁对称﹐电感为电导线圈的圆形状，所以磁感为磁路圈的圆形状。
电路 磁路
电压 磁压
电流 磁流
电阻 磁阻
电感 磁感
电容 磁容
说明：
① 磁压：就是我们常说的磁通势，用NI表示.
② 磁流：就是我们常说的磁通，用φ表示，
即φ=BS=U(NI/L)S=NI/(1/U*L/S)
③ 磁阻：就是我们常说的磁导的倒数，用1/U*1/S表示。
④ 磁感：就是我们常说的电流的线圈螺线模型，由电磁对称和麦克斯韦定律，就可导出磁流的线圈螺线模型就是磁感。
电感的大小和储存能量的多少与圈数的平方成正比，磁感也是电感的大小与电路的圈数平方成正比，与铜导线的线径和长度没有关系。
磁感的大小与磁路的圈数平方成正比，与磁回路的截面积Ae和磁路长度Le没有关系。
电感能量的多少与电线圈的圈数平方成正比，与铜导线的线径和长度没有关系。
磁感能量的多少与磁线圈的圈数平方成正比，与磁回路的Ae和Le没有关系。
激磁能量的多少与磁回路的圈数平方成正比（在其它相同的条件下），与磁路的截面积Ae和磁路的长度Le没有关系。
3 实际应用方案
单磁路，典型的开关电源变压器的物理模型
双磁路，我们开发的一种基于目前通用旧磁芯的新磁路磁芯，
单磁路和双磁路的激磁效果差别为1:4
单磁路为目前的旧产品，磁路回圈一次，级数最低只有一圈，属于最低级的磁感；
双磁路为开发的新产品，磁路回圈两次；级数较高有两圈，属于较高级别的磁感；
单磁路和双磁路的激磁效果差别为1:4
所以非常适合用在：少圈数，小体积，少寄生参数，高频的变压器中。
(1) 双磁路损耗分析
单磁路
因为比较大的气缝隙，所以多的磁力线切割线圈，导致更大的漏感和更多的损耗
双磁路
气缝隙分配成两个，同时磁路增长，得到比较小的气隙，所以少的磁力线切割线圈，带来更小的漏感和更低的损耗。同样的材质条件下，损耗降低30%。
CORE LOSS
测试条件 20℃ 60℃ 80℃ 100℃
1 1.97 1.5 1.52 1.56
2 2.24 1.75 1.75 1.74
备注：测试 P/L(1-3) 50kHZ 130V
负载：PIN (12-9，10) 并联 10Ω/20W 电阻
(2)双磁路产品加电流分析
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