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          就目前的開關電源來說,磁性元器件是電源中不可或缺的器件,磁性材料的應用是為了實現用較小的元器件尺寸產生足夠的磁場(電源中的通常是軟磁材料——勵磁和退磁較容易,如常用的硅鋼片、非晶、納米晶和鐵氧體或者磁粉芯系列材料),那么PQ磁芯磁性材料是如何表現出磁性的呢?下面描述磁性材料的磁化過程。

          開關電源中"規則磁"的便利性:再次強調一下,我們之前提到的"規則磁"概念,開關電源無論變壓器或者電感,磁路都是被磁性材料限制的一個閉合回路,以鐵磁性材料做成的電感說明,磁通或磁力線被限制在低磁阻的磁芯中,這為我們用法拉第定律或安培環路定理的計算提供了諸多便利(前幾節我們推導電感公式和氣隙均用到安培環路定理),如下圖是環形電感中磁力線(虛線)在磁芯中分布的示意圖,其中圓圈"X"表示電流流進線圈,圓圈"·"表示電流流出線圈,磁力線方向用右手螺旋定則可以判斷。

          用較小的磁化電流"I"就可以產生相比空心電感大的多的磁通量,那么磁性材料為何有如此功效即產生磁場的能力能夠大大增強,從而為減小磁性元器件的體積做出巨大貢獻(試想一個空心電感如要做到微亨或毫亨,體積是可想而知),所以我們很有必要知道鐵磁材料的磁化原理。

          鐵磁性:某些材料的磁矩的凈效應遠大于順磁性或抗磁性的情況,這種現象稱為鐵磁性,在順磁性或抗磁性材料中,感生或感應(磁化后)磁矩往往很微弱,無需考慮這類材料產生的附加場,對鐵磁性材料來說,由外加磁場所感生或感應的磁矩會非常大,對場起著支配作用。

          磁性材料的磁化:一般而言物質的磁化需要外磁場,被磁化的物質稱為磁介質,前面我們提到的鐵磁物質,將這類物質放置在外磁場中,感生或感應磁場會顯著增強,磁場使得鐵磁物質呈現磁性的現象稱為鐵磁物質的磁化,鐵磁物質之所以能夠被磁化,是因為這類物質相比于非磁性物質,在其內部存在許多自發磁化的區域(具有單一磁化方向的區域)——"磁疇"。磁化前,如下圖各個磁疇內部磁場方向,磁疇的磁場方向雜亂無章,磁疇之間的磁場是相互抵消的,對外表現不表現磁性。磁化后,若將磁性材料放置在磁場中,我們還是用一個環形磁芯電感來舉例,經過外加磁場的作用,內部各磁疇順著磁場方向轉動,加強了內部磁場或感生或感應磁場,隨著磁場外磁場的增強,同外磁場方向一致的磁疇會越來越多,磁感應強度會越來越強,磁性材料對外表現了磁性,這就是磁化的過程。

          極限磁化即磁化飽和:當外部磁場增大到一定程度,鐵磁材料中各個磁疇方向和外部磁場完全保持一致,所有的磁疇隨著外磁場的增加已經無法在轉動表現出多余的感生磁場了,這就是極限磁化,我們在變壓器或電感中通常稱為磁芯飽和,這里的飽和很好理解吧,其含義就是磁化達到極限的意思。如鐵氧體,磁通極限或飽和密度Bs通常在0.3T~0.4T之間,這是鐵氧體材料特性決定的,飽和后電感量會迅速減小,也意味著沒有再產生多余感生磁場的能力了。

          上面就是鐵磁物質(磁性物質或良導磁材料)的磁化原理,鐵磁材料或磁性材料的內部磁疇是理解磁化的關鍵,再者要清楚磁性材料的飽和或極限磁化,這是我們工程應用中經常碰到的問題,理解它,你才能更好地理解磁性元器件的工作狀態。


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