硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金

硅钢芯、坡莫合金、非晶和纳米晶软磁合金 磁性材料 一. 磁性材料的基本特性 1. 磁性材料的磁化曲线 磁性材料由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成，外加磁场H 在作用下，必须有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们具有磁场强度H 变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。磁化曲线一般是非线性的，有两个特点:磁饱和和磁滞。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；当材料M值饱和时，外磁场H降至零，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点通常被称为工作点。 2. 磁性能参数常用于软磁材料 饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，其对应的物理状态是材料内部的磁化矢量排列整齐。 剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时B值。 矩形比：Br∕Bs 矫顽力Hc：材料的磁化难度取决于材料的成分和缺陷(杂质、应力等)。 磁导率μ：与磁滞回线任何点对应的B和H与设备的工作状态密切相关。 初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。 居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随着温度的升高而降低。当达到一定温度时，自发磁化消失并转化为顺磁性，临界温度为内部温度。它确定了磁性设备工作的上限温度。 损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph Pe = af bf2 c Pe ∝ f2 t2 / ，ρ 降低， 磁滞损耗Ph减少矫顽力的方法Hc；降低涡流损耗Pe 减薄磁性材料厚度的方法是t 及提高材料的电阻率ρ。磁芯在自由静止空气中的损失与磁芯的温升关系如下： 总功率耗散（mW）/表面积（cm2） 3. 软磁材料的磁性参数与设备的电气参数之间的转换 设计软磁器件时，首先要根据电路要求确定器件的电压~电流特性。电压~电流特性与磁芯的几何形状和磁化状态密切相关。设计师必须熟悉材料的磁化过程，并掌握材料的磁性参数与设备电气参数的转换关系。软磁器件的设计通常包括三个步骤：正确选择磁性材料；合理确定磁芯的几何形状和尺寸；模拟磁芯的工作状态以获得相应的电气参数。 二、软磁材料的发展及类型 1. 开发软磁材料 软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工人和电信技术的兴起，低碳钢被用来制造电机和变压器，小铁粉、氧化铁、细铁丝等。用于电话线路中电感线圈的磁芯。到20世纪初，开发了硅钢板代替低碳钢，提高了变压器的效率，减少了损耗。到目前为止，硅钢板在电力行业的软磁材料中仍排名第一。到20世纪20年代，无线电技术的兴起促进了高导磁性材料的发展，出现了坡莫合金和坡莫合金磁粉芯。从20世纪40年代到60年代，是科技飞速发展的时期。雷达、电视广播、集成电路的发明对软磁材料的要求也较高，生产了软磁合金薄带和软磁铁氧体材料。20世纪70年代，随着电信、自动控制、计算机等行业的发展，除了传统的晶态软磁合金外，还开发了另一种材料—非晶态软磁合金。 2. 软磁芯的常用类型 铁、钴、镍是磁性材料的基本组成部分。 产品形态按(主要成分、磁性特性、结构特性)分类: (1) 粉芯类： 磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（High Flux）、坡莫合金粉芯（MPP）、铁氧体磁芯 (2) 铁芯：硅钢板、坡莫合金、非晶和纳米晶体合金 三 软磁芯常用的特点及应用 (一) 粉芯类 1. 磁粉芯 磁粉芯是一种由铁磁粉粒和绝缘介质混合而成的软磁材料。因为铁磁性颗粒很小(高频使用0.5～5 微米)，被非磁性电绝缘膜材料隔离，一方面可以隔离涡流，材料适用于高频率；另一方面，由于颗粒间隙效应，材料具有低导磁性和恒导磁性；由于颗粒尺寸小，基本无皮肤收集现象，磁导率随频率变化相对稳定。主要用于高频电感。磁粉芯的磁电性能主要取决于导磁率、大小和形状、填充系数、绝缘介质含量、成型压力和热处理工艺。 铁粉芯、坡莫合金粉芯、铁硅铝粉芯是常用的磁粉芯。 磁芯的有效磁导率μe电感的计算公式如下： μe = DL/4N2S × 109 其中：D 是磁芯的平均直径（cm），L为电感(享)，N 绕线匝数，S为磁芯有效截面积（cm2）。 (1) 铁粉芯 常用的铁粉芯由碳基铁磁粉和树脂碳基铁磁粉组成。粉芯价格最低。饱和磁感应强度值为1.4T约；磁导率范围为22~100；初始磁导率；μi稳定性好，直流电流叠加性能好，但高频损耗高。 铁芯的初始磁导率随直流磁场强度的变化而变化 铁芯的初始磁导率随频率而变化 (2). 坡莫合金粉芯 莫合金粉芯以钼坡莫合金粉芯为主（MPP）高磁通量粉芯（High Flux）。 MPP 是由81%Ni、2%Mo及Fe粉构成。饱和磁感应强度值为7500Gs约；磁导率范围大，从14~550；粉末芯损耗最低；温度稳定性优异，广泛应用于空间设备、露天设备等。；磁致伸缩系数接近零，在不同频率下工作时无噪音。主要应用于300kHzQ滤波器、感应负载线圈、谐振电路、对温度稳定性要求高LC常用电路、输出电感、功率因素补偿电路等， 在AC常用于电路， 最贵的粉芯。 高磁通粉芯HF是由50%Ni、50?粉构成。饱和磁感应强度值为15000Gs 左右；磁导率范围为14~160；粉末磁芯磁感应强度最高，直流偏压能力最高；磁芯体积小。主要用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等， 在DC 常用于电路，高DC 偏压、高直流电和低交流电应用广泛。价格低于MPP。 (3) 铁硅铝粉芯（Kool Mμ Cores） 铁硅铝粉芯9%Al、5%Si, 85?粉构成。主要是替代铁粉芯，损失比铁粉芯低80%，可以是8kHz以上频率使用；饱和磁感在1.05T 左右；导磁率为26~125；磁致伸缩系数接近0，不同频率工作时无噪音；比MPP有更高的DC偏压能力；性能价格比最好。主要用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。有时用气隙铁氧体代替变压器铁芯。 2. 软磁铁氧体（Ferrites） 软磁铁氧体是以Fe2O亚铁磁性氧化物主要由粉末冶金制成。有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn等几类，其中Mn-Zn铁氧体产量和用量最大，Mn-Zn铁氧体电阻率低，为1~10 欧姆1000欧姆-米kHZ 以下的频率使用。Cu-Zn、Ni-Zn铁氧体的电阻率为102~104 欧姆-米，在100kHz～10 兆赫无线电频段损耗小，多用于无线电天线线圈和无线电中频变压器。磁芯形状种类繁多，有E、I、U、EC、ETD形、方形（RM、EP、PQ）、罐形（PC、RS、DS）及圆形等。应用方便。由于软磁铁氧体不使用镍等稀缺材料也能获得高磁导率，粉末冶金方法适合大规模生产，成本低，烧结硬度高，对应力不敏感，使用方便。而且磁导率随频率变化稳定，在150kHz以下基本保持不变。随着软磁铁氧体的出现，磁粉芯的产量大大降低，许多原本使用磁粉芯的地方都被软磁铁氧体所取代。 国内外铁氧体制造商很多，这里只有美国Magnetics公司生产的Mn-Zn以铁氧体为例，介绍其应用情况。分为三种基本材料：电信基本材料、宽带和EMI材料，功率材料。 电信铁氧体的磁导率为750~2300， 低损失因素、高质量因素Q、稳定的磁导率与温度/时间有关， 磁导率在工作中下降最慢，每10年下降3%~4%左右。广泛应用于高Q滤波器、调谐滤波器、负载线圈、阻抗匹配变压器和接近传感器。宽带铁氧体常被称为高导磁铁氧体，磁导率分别为5000、10000和15000。其特性为具有低损耗因子、高磁导率、高阻抗/频率特性。广泛应用于宽带变压器、饱和电感、电流互感器、漏电保护器、绝缘变压器、信号和脉冲变压器EMI上多用。功率铁氧体饱和磁感应强度高，为4000~5000Gs。此外，还有低损耗/频率和低损耗/温度。也就是说，随着频率的增加，损失不会增加；随着温度的升高，损失变化不大。广泛应用于功率扼流圈、并列滤波器、开关电源变压器、开关电源电感、功率因素校正电路。 (二) 带绕铁芯 1. 硅钢片铁芯 硅钢板是一种合金，在纯铁中加入少量硅（通常是4）.5%以下)形成的铁硅合金称为硅钢。这种铁芯饱和磁感应强度最高为2万Gs；由于其磁电性能好，易于大规模生产，价格低廉，机械应力影响小，广泛应用于电力电子行业，如电力变压器、配电变压器、电流互感器等铁芯。是软磁材料中产量和使用量最大的材料。它也是电源变压器磁性材料中最常用的材料。尤其适用于低频、大功率。冷轧硅钢板常用DG3.冷轧无取向电工钢带DW、电工钢带冷轧取向DQ，适用于中小功率低频变压器、扼流圈、电抗器、电感器铁芯等各种电子系统和家用电器。这种合金具有良好的韧性，可用于冲压、切割和其他加工。铁芯有折叠式和卷绕式。但高频损耗急剧增加，一般使用频率不超过400Hz。从应用的角度来看，硅钢的选择应考虑磁性和成本两个因素。纯铁或低硅钢片可用于小型电机、电抗器和继电器；对于大型电机，可选择高硅热轧硅钢片、单向或无向冷轧硅钢片；变压器通常选择单向冷轧硅钢片。在工频下使用时，度为0.2~0.35毫米；在400Hz使用时，常选0.1mm厚度合适。厚度越薄，价格越高。 2. 坡莫合金 坡莫合金常指铁镍合金，镍含量为30~90%范围内。软磁合金应用广泛。通过适当的工艺，可以有效地控制磁性能，如初始磁导率超过105，最大磁导率超过106，低至2‰奥斯特的矫顽力、近1或近0矩形系数、具有面心立方晶体结构的坡莫合金具有良好的塑性，可加工成1μm超薄带及各种使用形式。常用合金有1J50、1J79、1J85等。1J50 饱和磁感应强度略低于硅钢，但磁导率是硅钢的几十倍，铁损伤也低于硅钢~3倍。高频率(4000)~8000Hz)变压器空载电流小，适合1000W以下小型高频变压器。1J79 综合性能好，适用于高频低压变压器、漏电保护开关铁芯、共模电感铁芯流互感器芯。1J85 初始磁导率可达10000以上，适用于弱信的低频或高频输入输出变压器、共模电感及高精度电流互感器等。 3. 非晶及纳米晶软磁合金（Amorphous and Nanocrystalline alloys） 硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料，原子在三维空间做规则排列，形成周期性的点阵结构，存在着晶粒、晶界、位错、间隙原子、磁晶各向异性等缺陷，对软磁性能不利。从磁性物理学上来说，原子不规则排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶态结构对获得优异软磁性能是十分理想的。非晶态金属与合金是70年代问世的一个新型材料领域。它的制备技术完全不同于传统的方法，而是采用了冷却速度大约为每秒一百万度的超急冷凝固技术，从钢液到薄带成品一次成型，比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序，这种新工艺被人们称之为对传统冶金工艺的一项革命。由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶合金，被称为是冶金材料学的一项革命。这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机电耦合性能等。由于它的性能优异、工艺简单，从80年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。目前美、日、德国已具有完善的生产规模，并且大量的非晶合金产品逐渐取代硅钢和坡莫合金及铁氧体涌向市场。 我国自从70年代开始了非晶态合金的研究及开发工作，经过“六五”、“七五”、“八五”期间的重大科技攻关项目的完成，共取得科研成果134项，国家发明奖2项，获专利16项，已有近百个合金品种。钢铁研究总院现具有4条非晶合金带材生产线、一条非晶合金元器件铁芯生产线。生产各种定型的铁基、铁镍基、钴基和纳米晶带材及铁芯，适用于逆变电源、开关电源、电源变压器、漏电保护器、电感器的铁芯元件，年产值近2000万元。“九五”正在建立千吨级铁基非晶生产线，进入国际先进水平行列。 目前，非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为： 初始磁导率 μo = 14 × 104 钴基非晶最大磁导率 μm= 220 × 104 钴基非晶矫顽力 Hc = 0.001 Oe 钴基非晶矩形比 Br/Bs = 0.995 钴基非晶饱和磁化强度 4πMs = 18300Gs 铁基非晶电阻率 ρ= 270μΩ/cm 常用的非晶合金的种类有：铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金。其国家牌号及性能特点见表及图所示，为便于对比，也列出晶态合金硅钢片、坡莫合金1J79 及铁氧体的相应性能。这几类材料各有不同的特点，在不同的方面得到应用。 牌号基本成分和特征： 1K101 Fe-Si-B 系快淬软磁铁基合金 1K102 Fe-Si-B-C 系快淬软磁铁基合金 1K103 Fe-Si-B-Ni 系快淬软磁铁基合金 1K104 Fe-Si-B-Ni Mo 系快淬软磁铁基合金 1K105 Fe-Si-B-Cr(及其他元素)系快淬软磁铁基合金 1K106 高频低损耗Fe-Si-B 系快淬软磁铁基合金 1K107 高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B 系快淬软磁铁基纳米晶合金 1K201 高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金 1K202 高剩磁比快淬软磁钴基合金 1K203 高磁感低损耗快淬软磁钴基合金 1K204 高频低损耗快淬软磁钴基合金 1K205 高起始磁导率快淬软磁钴基合金 1K206 淬态高磁导率软磁钴基合金 1K501 Fe-Ni-P-B 系快淬软磁铁镍基合金 1K502 Fe-Ni-V-Si-B 系快淬软磁铁镍基合金 400Hz: 硅钢铁芯 非晶铁芯 功率(W) 45 45 铁芯损耗(W) 2.4 1.3 激磁功率(VA) 6.1 1.3 总重量(g) 295 276 （1）铁基非晶合金(Fe-based amorphous alloys) 铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度（1.54T），铁基非晶合金与硅钢的损耗比较 磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电变压器可节能60－70％。铁基非晶合金的带材厚度为0.03mm左右，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯, 适合于10kHz 以下频率使 2）铁镍基、钴基非晶合金(Fe-Ni based-amorphous alloy) 铁镍基非晶合金是由40%Ni、40%Fe及20%类金属元素所构成，它具有中等饱和磁感应强度〔0.8T〕、较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性。在中、低频率下具有低的铁损。空气中热处理不发生氧化，经磁场退火后可得到很好的矩形回线。价格比1J79便宜30－50％。铁镍基非晶合金的应用范围与中镍坡莫合金相对应, 但铁损和高的机械强度远比晶态合金优越；代替1J79，广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等。铁镍基非晶合金是国内开发最早，也是目前国内非晶合金中应用量最大的非晶品种，年产量近200吨左右.空气中热处理不发生氧化铁镍基非晶合金（ 1K503） 获得国家发明专利和美国专利权。 (4) 铁基纳米晶合金（Nanocrystalline alloy） 铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10－20 nm的微晶,弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。纳米晶材料具有优异的综合磁性能：高饱和磁感(1.2T)、高初始磁导率(8×104)、低Hc(0.32A/M), 高磁感下的高频损耗低（P0.5T／20kHz＝30W/kg），电阻率为80μΩ/cm，比坡莫合金(50-60μΩ/cm)高, 经纵向或横向磁场处理，可得到高Br(0.9)或低Br 值(1000Gs)。是目前市场上综合性能最好的材料；适用频率范围：50Hz-100kHz，最佳频率范围：20kHz-50kHz。广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯。 （三）常用软磁磁芯的特点比较 1. 磁粉芯、铁氧体的特点比较： MPP 磁芯：使用安匝数< 200，50Hz~1kHz， μe ：125 ~ 500 ； 1 ~ 10kHz； μe ：125 ~ 200； > 100kHz：μe： 10 ~ 125 HF 磁芯：使用安匝数< 500，能使用在较大的电源上，在较大的磁场下不易被饱和，能保证电感的最小直流漂移，μe ：20 ~ 125 铁粉芯：使用安匝数>800, 能在高的磁化场下不被饱和, 能保证电感值最好的交直流叠加稳定性。在200kHz以内频率特性稳定；但高频损耗大，适合于10kHz以下使用。 FeSiAlF磁芯：代替铁粉芯使用，使用频率可大于8kHz。DC偏压能力介于MPP与HF之间。 铁氧体：饱和磁密低(5000Gs)，DC偏压能力最小 3. 硅钢、坡莫合金、非晶合金的特点比较： 硅钢和FeSiAl 材料具有高的饱和磁感应值Bs，但其有效磁导率值低，特别是在高频范围内； 坡莫合金具有高初始磁导率、低矫顽力和损耗，磁性能稳定，但Bs 不够高，频率大于20kHz时，损耗和有效磁导率不理想，价格较贵，加工和热处理复杂； 钴基非晶合金具有高的磁导率、低Hc、在宽的频率范围内有低损耗，接近于零的饱和磁致伸缩系数,对应力不敏感，但是Bs 值低，价格昂贵； 铁基非晶合金具有高Bs值、价格不高，但有效磁导率值较低。 纳米晶合金的磁导率、Hc值接近晶态高坡莫合金及钴基非晶，且饱和磁感Bs与中镍坡莫合金相当，热处理工艺简单，是一种理想的廉价高性能软磁材料；虽然纳米晶合金的Bs值低于铁基非晶和硅钢，但其在高磁感下的高频损耗远低于它们，并具有更好的耐蚀性和磁稳定性。纳米晶合金与铁氧体相比，在低于50kHz时，在具有更低损耗的基础上具有高2至3倍的工作磁感，磁芯体积可小一倍以上。 四、几种常用磁性器件中磁芯的选用及设计 开关电源中使用的磁性器件较多，其中常用的软磁器件有：作为开关电源核心器件的主变压器（高频功率变压器）、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。不同的器件对材料的性能要求各不相同，如表所示为各种不同器件对磁性材料的性能要求。 （一）、高频功率变压器 变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。变压器的设计公式如下： P=KfNBSI×10-6T=hcPc＋hWPW 其中，P为电功率；K为与波形有关的系数；f为频率；N为匝数；S为铁芯面积；B为工作磁感；I为电流；T为温升；Pc为铁损；PW为铜损；hc和hW为由实验确定的系数。 由以上公式可以看出：高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积重量。但B值的增加受到材料的Bs值的限制。而频率f可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小。而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过来又影响使用频率和工作磁感的选取。一般来说，开关电源对材料的主要要求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里温度和好的温度稳定性，有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感、稳定性好，价格低。单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限，对材料磁性的要求有别于前述主变压器。它实际上是一只单端脉冲变压器，因而要求具有大的B＝Bm－Br，即磁感Bm和剩磁Br之差要大； 同时要求高的脉冲磁导率。特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储能要求。 线圈储能的多少取决于两个因素： 一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L， 另一个是工作磁场Hm或工作电流I，储能W＝1/2LI2。这就要求材料有足够高的Bs值和合适的磁导率，常为宽恒导磁材料。对于工作在±Bm之间的变压器来说，要求其磁滞回线的面积，特别是在高频下的回线面积要小，同时为降低空载损耗、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适的为封闭式环形铁芯，其磁滞回线见图所示，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。 通常，金属晶态材料要降低高频下的铁损是不容易的，而对于非晶合金来说，它们由于不存在磁晶各向异性、金属夹杂物和晶界等，此外它不存在长程有序的原子排列，其电阻率比一般的晶态合金高2－3倍，加之快冷方法一次形成厚度15-30微米的非晶薄带，特别适用于高频功率输出变压器。已广泛应用于逆变弧焊电源、单端脉冲变压器、高频加热电源、不停电电源、功率变压器、通讯电源、开关电源变压器和高能加速器等铁芯，在频率20－50kHz、功率50kW以下，是变压器最佳磁芯材料。 近年来发展起来的新型逆变弧焊电源单端脉冲变压器，具有高频大功率的特点，因此要求变压器铁芯材料具有低的高频损耗、高的饱和磁感Bs和低的Br以获得大的工作磁感B，使焊机体积和重量减小。常用的用于高频弧焊电源的铁芯材料为铁氧体，虽然由于其电阻率高而具有低的高频损耗， 但其温度稳定性较差，工作磁感较低，变压器体积和重量较大，已不能满足新型弧焊机的要求。采用纳米晶环形铁芯后，由于其具有高的Bs 值(Bs＞1.2T)，高的ΔB 值(ΔB＞0.7T)，很高的脉冲磁导率和低的损耗，频率可达100kHz. 可使铁芯的体积和重量大为减小。近年来逆变焊机已应用纳米晶铁芯达几万只，用户反映用纳米晶变压器铁芯再配以非晶高频电感制成的焊机，不仅体积小、重量轻、便于携带，而且电弧稳定、飞溅小、动态特性好、效率高及可靠性高。这种环形纳米晶铁芯还可用于中高频加热电源、脉冲变压器、不停电电源、功率变压器、开关电源变压器和高能加速器等装置中。可根据开关电源的频率选用磁芯材料。 环形纳米晶铁芯具有很多优点，但它也有绕线困难的不利因素。为了在匝数较多时绕线方便，可选用高频大功率C 型非晶纳米晶铁芯。采用低应力粘结剂固化及新的切割工艺制成的非晶纳米晶合金C 型铁芯的性能明显优于硅钢C 型铁芯。目前这种铁芯已批量用于逆变焊机和切割机等。逆变焊机主变压器铁芯和电抗器铁芯系列有： 120A、160A、200A、250A、315A、400A、500A、630A 系列。 （二）、脉冲变压器铁芯 脉冲变压器是用来传输脉冲的变压器。当一系列脉冲持续时间为td (μs)、脉冲幅值电压 为Um (V)的单极性脉冲电压加到匝数为N 的脉冲变压器绕组上时，在每一个脉冲结束时，铁芯中的磁感应强度增量ΔB (T)为： ΔB = Um td / NSc × 10-2 其中Sc为铁芯的有效截面积（cm2）。即磁感应强度增量ΔB 与脉冲电压的面积（伏秒乘积）成正比。对输出单向脉冲时，ΔB=Bm-Br , 如果在脉冲变压器铁芯上加去磁绕组时，ΔB = Bm + Br 。在脉冲状态下，由动态脉冲磁滞回线的ΔB 与相应的ΔHp 之比为脉冲磁导率μp。理想的脉冲波形是指矩形脉冲波，由于电路的参数影响，实际的脉冲波形与矩形脉冲有所差异，经常会发生畸变。比如脉冲前沿的上升时间tr 与脉冲变压器的漏电感Ls、绕组和结构零件导致的分布电容Cs 成比例，脉冲顶降λ 与励磁电感Lm成反比，另外涡流损耗因素也会影响输出的脉冲波形。 脉冲变压器的漏电感 Ls = 4βπN21 lm / h 脉冲变压器的初级励磁电感 Lm = 4μπp Sc N2 / l ×10-9 涡流损耗 Pe = Um d2td lF / 12 N21 Scρ β为与绕组结构型式有关的系数，lm为绕组线圈的平均匝长，h 为绕组线圈的宽度，N1为初级绕组匝数，l为铁芯的平均磁路长度，Sc为铁芯的截面积，μp为铁芯的脉冲磁导率，ρ 为铁芯材料的电阻率，d为铁芯材料的厚度，F为脉冲重复频率。 从以上公式可以看出，在给定的匝数和铁芯截面积时，脉冲宽度愈大，要求铁芯材料的磁感应强度的变化量ΔB 也越大；在脉冲宽度给定时，提高铁芯材料的磁感应强度变化量ΔB，可以大大减少脉冲变压器铁芯的截面积和磁化绕组的匝数，即可缩小脉冲变压器的体积。要减小脉冲波形前沿的失真，应尽量减小脉冲变压器的漏电感和分布电容，为此需使脉冲变压器的绕组匝数尽可能的少，这就要求使用具有较高脉冲磁导率的材料。为减小顶降，要尽可能的提高初级励磁电感量Lm，这就要求铁芯材料具有较高的脉冲磁导率μp。为减小涡流损耗，应选用电阻率高、厚度尽量薄的软磁带材作为铁芯材料，尤其是对重复频率高、脉冲宽度大的脉冲变压器更是如此。 脉冲变压器对铁芯材料的要求为： ① 高饱和磁感应强度Bs 值； ② 高的脉冲磁导率，能用较小的铁芯尺寸获得足够大的励磁电感； ③ 大功率单极性脉冲变压器要求铁芯具有大的磁感应强度增量ΔB,使用低剩磁感应材料；当采用附加直流偏磁时，要求铁芯具有高矩形比，小矫顽力Hc。 ④ 小功率脉冲变压器要求铁芯的起始脉冲磁导率高； ⑤ 损耗小。 铁氧体磁芯的电阻率高、频率范围宽、成本低，在小功率脉冲变压器中应用较多，但其ΔB 和μp 均较低，温度稳定性差，一般用于对顶降和后沿要求不高的场合。 (三). 电感器磁芯 铁芯电感器是一种基本元件，在电路中电感器对于电流的变化具有阻抗的作用, 在电子设备中应用极为广泛。对电感器的主要要求有以下几点： ① 在一定温度下长期工作时，电感器的电感量随时间的变化率应保持最小； ② 在给定工作温度变化范围内，电感量的温度系数应保持在容许限度之内； ③ 电感器的电损耗和磁损耗低； ④ 非线性歧变小； ⑤ 价格低，体积小。 电感元件与电感量L、品质因素Q、铁芯重量W、绕线的直流电阻R 有着密切的关系。 电感L 抗拒交流电流的能力用感抗值ZL来表示： ZL ＝ 2πfL , 频率f 越高，感抗值ZL 越大?/ca>      这也是我参考别人的