高级的仿真设计和创新的材料为磁性元器件创造新的优化解决方案

一切从设计开始，实用的磁性元件设计需要了解电气原理、材料以及成本限制。简单的元器件（例如10kVA以下的低压变压器）可以使用手册数据和纸笔计算来设计，但专业元器件和更复杂或更大的项目需要通过计算机辅助建模 (CAM) 进行多次迭代和验证。

基础物理驱动高级仿真和设计

即使是最复杂的设计和分析，其核心也是磁电路和电路的基本原理：麦克斯韦方程、安培定律、法拉第定律、高斯定律和楞次定律。一流的设计软件采用这些基础知识，通过复杂的计算和可视化技术应用于当今的电磁场仿真和建模。例如，在设计组件时利用基于有限元方法的仿真软件的强大功能来仿真各种电磁场，从二维磁瞬态、交流电磁、静磁、静电和直流传导到电瞬态求解器，这将准确求解包括电容、电感、电阻和阻抗在内的场参数。

该分析的结果可以生成完整的 3D CAD 图纸，客户可以继续进行系统的机械和电气设计，而无需成品组件的物理样品。在CAD软件包中创建的非常精确的磁性元件模型提供了尝试不同材料、导线和气隙的影响的方法，调整设计以尽可能接近客户要求的参数。使用仿真来调整设计可以实现最佳性能，而无需创建多个原型。通过基于坚实的工程原理和最先进的模拟技术的设计和分析，设计可以通过尽早集成新的磁性材料、电线、绕组和制造技术来突破极限。

磁性材料的创新

对于用于电感器、变压器、DC-DC 转换器等的电磁铁，设计人员寻找能够提供高磁导率和最大磁通密度的磁芯材料。铁和SiFe等合金是传统设计的起点，铁氧体、陶瓷、均质材料由各种氧化物组成。以氧化铁为主要成分的材料，对共模和差分传导噪声具有出色的电磁干扰保护。由于它们的插入损耗与频率成正比，因此对信号没有衰减，但对高频噪声具有高阻抗。工作温度、磁通密度和频率是为功率转换应用选择最佳材料的关键参数，特定的材料使组件能够在仅几kHz 到数百 kHz 甚至 MHz 范围内工作，从而提供高效、紧凑的转换器。

磁粉芯是分布式气隙磁芯，主要用于功率电感器应用，特别是开关模式电源 (SMPS) 输出滤波器，也称为直流电感器。其他电源应用包括差分电感器、升压电感器、降压电感器和反激变压器。

不同的芯材对于某些应用具有特殊的优势，对于最低的总损耗，磁芯损耗是一个关键因素。需要最小磁芯尺寸的设计，例如以直流偏置为主的组件，应使用具有最高通量容量的材料。饱和度是另一个需要考虑的特性，可用的材料在低损耗和合理的高饱和度之间以低成本提供权衡，直至价格更高的高饱和度材料。在负载下的电感至关重要的情况下，高饱和度是有利的。

非晶和纳米晶磁芯可实现更小、更轻和更节能的设计，并用于逆变器、可调速驱动器和电源的许多高频应用。无定形金属是通过使用特殊技术生产的，其中熔融金属被铸造成薄的实心带。由于材料没有结晶磁各向异性，非晶磁性金属具有高磁导率。

与传统的晶体磁性材料相比，非晶磁芯具有优异的磁特性，例如较低的磁芯损耗。当用作芯材时，这些芯材提供了卓越的设计选择。纳米晶合金结合了高磁导率、大磁通密度和高频低损耗，工作温度最高可达 180°C。与使用基于铁氧体的组件相比，此类材料能够以更小的尺寸构建扼流圈和变压器。共模扼流圈受益于高磁导率，可以减少铜线的数量，从而减少铜损和元件尺寸。

为什么漆包线很重要

另一个促进更小外形尺寸的发展是引入三层绝缘的漆包线，这允许绕组相互叠放，以更小的形式提供电源隔离。该技术符合所有领先的国际安全规范，使制造的变压器能够满足安全隔离标准，而无需边缘和胶带屏障。导体直径从 0.2 毫米到 1 毫米不等，增加的绕组空间允许设计更小的变压器并减少制造时间和成本。

结论

对于许多设计师来说，磁性和电磁元件被认为是非常“低技术”的。然而，现实情况是，在设计和制造这些无源元件时应用了很多技术和诀窍，推动了它们性能向前发展。能源效率、重量最小化、表面贴装和小型化，以及技术的发展一直是推动该领域进步的主要因素，电子线圈、变压器和其他电感器市场的未来增长，将受到改进后的高科技电子元件的推动。材料、制造技术、设备和设计解决方案的发展正在为一系列应用创造新的优化解决方案。