電源中電磁元件的鐵心結構

(a)柜形鐵心(b)橋式鐵心

表2鐵鎳鉬磁粉芯和高磁通鐵鎳磁粉芯恒磁范圍

7多功能鐵心（集成磁芯）

多功能鐵心結構是指一種鐵心同時起變壓器和電抗器，變壓器和磁性開關等多種功能。庫克教授在提出庫克電路的同時，把這種多功能鐵心結構稱為“集成磁芯”，意思是指它象半導體集成電路一樣，把幾種功能集成在一起。這個詞語“集成磁芯”，到現(xiàn)在一直有人在使用。但是，現(xiàn)在出現(xiàn)了利用與半導體集成電路工藝相類似的技術，制造薄膜式鐵心及其應用的電磁元件，有的人稱為“微磁性器件”，有的人稱為“集成磁性器件”。因此，我認為再使用集成磁芯就容易使人混淆，把兩種完全不同的鐵心結構認為是同一樣的東西，所以把原來的集成磁芯改稱為“多功能鐵心”。

其實，最早的多功能鐵心出現(xiàn)在鐵磁諧振穩(wěn)壓器中，包括一個變壓器和一個由磁分路組成的電抗器。恒壓變壓器是由鐵磁諧振穩(wěn)壓器發(fā)展而來的，鐵心也屬于多功能鐵心結構。

常見的多功能鐵心結構主要是平面布置的形式（圖9）。圖9（a）是一個變壓器和一個電抗器的鐵心結構。圖9（b）是一個變壓器和兩個電抗器的鐵心結構。圖10巧妙地采用兩種軟磁材料組成多功能鐵心結構。圖10（a）外框鐵心采用高導磁合金材料，形成變壓器，中間采用低導磁材料形成電抗器。除了這種框形加中間柱結構而外，還有圖10（b）的橋式多功能鐵心結構，四個橋臂用高導磁材料，橋?qū)蔷€用低導磁材料或者開一個氣隙。

從20世紀80年代末開始，對由垂直形鐵心構成的立體布置的多功能鐵心結構進行研究的人員越來越多。最早是有人把C形鐵心的一半轉(zhuǎn)90°而形成的，發(fā)現(xiàn)在沒轉(zhuǎn)90°的C形鐵心上的繞組之間仍存在變壓器功能，轉(zhuǎn)90°的C形鐵心上繞上一個繞組，可以通過電流激磁后，改變沒轉(zhuǎn)90°的C形鐵心上繞組的電感〔見圖11（a）〕。后來把鐵心去掉一些變成圖11（b），仍然具有這樣的功能。圖11（c）是把兩個變壓器和兩個可控電感組合在一起的多功能鐵心結構。

圖11垂直形鐵心組成的多功能鐵心結構

(a)一個C形鐵心轉(zhuǎn)90°可控電感(b)(a)的演變，可控電感

(c)二個變壓器與二個可控電感的組合

利用這種垂直形多功能鐵心結構已經(jīng)研制開發(fā)出交流穩(wěn)壓電源、逆變電源、電壓諧振式和電流諧振式開關電源，具有可靠性高（主要是銅鐵材料）、可自動無級調(diào)節(jié)、消除諧波好、效率高等優(yōu)點，是值得繼續(xù)開發(fā)的一種特殊的鐵心結構。

8結語

（1）各種軟磁材料由于使用領域不同，可以組成不同的鐵心結構。在選取鐵心結構時首先要注意能充分發(fā)揮軟磁材料的優(yōu)點，其次要注意工藝加工的復雜程度和材料的利用率，也就是成本。根據(jù)市場和用戶的要求綜合考慮，不能只注意性能一面而忽略成本和價格的另一面。

（2）任何鐵心結構都各有其優(yōu)缺點，不能因為偏愛等主觀因素而抬高一種否定其它；也不能隨大流，由于大多數(shù)人反對，而對一種鐵心結構采取絕對否定的態(tài)度。例如：有的人過分欣賞R形卷繞式鐵心結構，不愿注意到這種鐵心結構本身存在的一些問題。又例如：大多數(shù)人認為120°布置三框式鐵心結構不可能用在電源變壓器中去，但是已有人把它用于追求體積小的電源變壓器中，取得了良好效果。

（3）現(xiàn)在的鐵心結構在低頻和中頻電源變壓器中發(fā)展比較成熟。在高頻電源變壓器中還有許多工作要做，那已經(jīng)不屬于立體式鐵心結構范圍，而屬于平面式鐵心結構和薄膜式鐵心結構范圍。這兩種結構正成為高頻電源變壓器的研究熱點。據(jù)報道，高頻開關電源的高度，采用平面式鐵心結構的變壓器在1995年還大于5mm，到1998年，采用低高度平面式鐵心結構的變壓器，高頻開關電源的高度已在5mm～3mm之間。預測到2002年，采用薄膜式鐵心結構的變壓器和集成工藝技術，把磁性元件、半導體器件和電容器集成在一個單片上，組成新型的單片式高頻開關電源，高度可低于3mm，甚至達到1mm。短短十年期間，就從立體式鐵心結構跨越平面式鐵心結構，發(fā)展到薄膜式鐵心結構，發(fā)展之迅速使人驚嘆不已！

（4）在利用多功能鐵心結構，開發(fā)性能獨特的直流和交流電源方面，日本索尼公司的一些人員不隨大流，堅持研究垂直型多功能鐵心結構，而取得了有自己知識產(chǎn)權的成果。這種創(chuàng)新精神和堅韌不拔的努力，給我們一個很好的啟示。希望我國的電源技術工作者能夠開發(fā)出有自己特色的產(chǎn)品，在電源技術新領域中占有一席之地。