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页数:352

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出版时间:2003-1

价格:18.00元

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isbn号码:9787508305172

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• 电工测量
• 电测仪表
• 电力系统
• 电气工程
• 测量技术
• 仪器仪表
• 电子技术
• 自动化
• 高电压
• 电力电子

磁性元件设计与应用 引言 在现代电子技术飞速发展的今天，磁性元件作为能量转换与信号处理的核心器件，其设计与应用水平直接决定了电子产品的性能与可靠性。本书旨在深入探讨磁性元件的设计原理、关键技术、制造工艺及其在各类应用场景中的实践。我们将从电磁场理论基础出发，逐步深入到磁性材料的特性、磁路设计、损耗分析、热管理，直至各类特定功能磁性元件（如变压器、电感器、磁芯、滤波器等）的优化设计与集成。 第一部分：磁性元件基础理论 第一章 磁性元件的物理基础 本章将系统回顾电磁场理论在磁性元件设计中的应用。我们将详细阐述麦克斯韦方程组在低频和高频条件下的简化形式，重点解析磁通密度、磁场强度、磁导率等基本概念。此外，对磁性元件中常见的几何结构——如环形、柱状、E型、罐型磁芯的磁路分析方法进行详尽介绍，包括有效磁路长度、有效磁导率的计算，以及如何利用磁路模型精确预测元件的电感值和耦合特性。 第二章 磁性材料的特性与选择 磁性材料是构成磁性元件的灵魂。本章将聚焦于软磁材料的微观结构、宏观磁性能及其对器件性能的影响。我们将分类讨论铁氧体（如锰锌、镍锌系）、坡莫合金、非晶合金和纳米晶合金的饱和磁通密度、居里温度、矫顽力、初始磁导率等关键参数。特别强调不同工作频率下材料损耗（如铁心损耗）的频率依赖性、温度依赖性及磁致伸缩效应，为读者提供一套系统的材料筛选与评估标准。 第三章 磁性元件的损耗分析与优化 损耗是限制磁性元件效率和工作温度的主要因素。本章将深入剖析元件中的主要损耗来源：铁心损耗（滞后损耗与涡流损耗）和绕组损耗（交流电阻、趋肤效应、邻近效应）。我们将介绍 Steinmetz 方程在不同频率下的修正模型，并探讨如何通过优化磁芯的层叠结构（如使用更薄的磁芯片）、改进绕线工艺（如使用 Litz 线）来有效降低绕组损耗，最终实现高效率、低温升的设计目标。 第二部分：核心磁性元件的设计与制造 第四章 功率变压器的高效设计 功率变压器是开关电源、逆变器等电力电子设备的核心。本章着重于高频大功率变压器的设计流程。内容涵盖了功率密度驱动下的拓扑结构选择，基于特定开关频率和电压/电流波形的电磁设计，包括匝数计算、初次级绕组的优化布局（如交错、三明治结构）以最小化漏感和绕组损耗。同时，详细讨论热设计在变压器可靠性中的作用，包括热点的识别与散热路径的规划。 第五章 电感器与储能元件的设计 电感器在滤波、储能和耦合电路中扮演关键角色。本章细致讲解了直流电感器（Choke）和射频电感器的设计差异。针对储能电感器，我们将分析饱和特性（$Delta B$）与直流偏置电流的关系，讲解如何通过气隙的设置来线性化电感的直流特性。对于滤波电感，重点讨论其在特定谐波抑制中的作用，以及如何通过选择合适的磁芯形状和气隙位置来平衡电感值精度与体积限制。 第六章 磁性元件的制造工艺与可靠性 元件的最终性能高度依赖于制造质量。本章涵盖了从磁芯成型、烧结到绕线、绝缘、浸渍和封装的全过程。我们将探讨精密冲片技术、磁芯的研磨与抛光，以及高质量绕线（特别是多层、多股、Litz 线绕制）的自动化实现。最后，深入分析浸渍树脂对元件Q值、机械强度和耐潮湿性能的影响，并介绍确保元件长期可靠运行的质量控制标准（如高压测试、环境应力筛选）。 第三部分：高级应用与集成技术 第七章 射频与通信用磁性元件 在高速通信和射频电路中，磁性元件常用于阻抗匹配、滤波和隔离。本章侧重于微型化和高频率特性。详细介绍薄膜技术在制造微型片状电感器和变压器中的应用，分析介质层厚度、金属化工艺对元件高频性能（如自谐振频率SRF、品质因数Q）的影响。讨论共模扼流圈的设计原理及其在抑制共模噪声中的应用。 第八章 集成化磁性元件技术 随着系统集成度的提高，将磁性元件与半导体电路集成（On-Chip/On-Package Magnetics）成为前沿研究方向。本章将探讨平面多层技术（Planar Technology）在实现高密度集成方面的挑战与机遇。分析平面变压器与传统立式变压器的性能权衡，重点关注层间耦合的控制、磁芯材料的低烧结温度要求以及三维磁路模拟（3D FEM）在验证集成结构中的重要性。 第九章 磁性元件的建模与仿真 精确的电磁建模是优化设计的基石。本章介绍用于磁性元件分析的数值方法，包括有限元法（FEM）和边界元法（BEM）。我们将演示如何建立考虑了趋肤效应、邻近效应、非线性磁化曲线的复杂模型，并结合热学模型进行热-电磁耦合分析。讨论如何利用SPICE模型或更复杂的非线性磁化模型来准确预测元件在真实工作条件下的动态响应。 结论 本书力求为工程师和研究人员提供一套全面、深入且具有工程实践指导意义的磁性元件设计与应用知识体系，旨在推动更高效率、更高功率密度和更高可靠性的磁性元件技术的进步。

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