一文看懂开关电源中高频磁芯的形状

高频变压器，作为变换交流电压、电流和阻抗的关键器件，其工作原理在于铁芯(或磁芯)中产生的交流磁通。当初级线圈中通入交流电流时，这一磁通便在铁芯中形成，进而在次级线圈中感应出相应的电压(或电流)。变压器由铁芯(或磁芯)与线圈共同构成，其中线圈包含两个或以上的绕组，接电源的绕组被称为初级线圈，其余则为次级线圈。变压器的磁芯种类繁多，如罐型磁芯、RM型磁芯、E型磁芯等，它们对变压器的工作性能有着深远的影响。接下来，我们将深入探讨这些磁芯形状对变压器工作的影响。

‌开关电源中高频磁芯是一种用于高频变压器的磁芯材料，主要用于高频导磁，提高电磁转换效率并降低能量损耗‌。高频磁芯的主要类型包括铁氧体磁芯、锰锌铁氧体和镍锌铁氧体。

铁氧体磁芯

铁氧体磁芯是一种高频导磁材料，主要用于高频变压器和抗干扰磁环等。它具有高磁导率和低损耗的特性，特别适用于1kHz到1MHz的频率范围内。锰锌铁氧体(Mn-Zn)和镍锌铁氧体(Ni-Zn)是铁氧体磁芯的两种主要类型：

‌锰锌铁氧体(Mn-Zn)‌：具有高磁导率和低损耗的特性，适用于中小功率的开关电源、UPS电源和功率因数校正(PFC)电路等‌12。

‌镍锌铁氧体(Ni-Zn)‌：适用于较高频率(1MHz到100MHz)，具有高电阻率，能有效减少涡流损耗，常用于高频变压器、脉冲变压器和射频变压器等‌2。

非晶和纳米晶磁芯

非晶磁芯通过快速冷却工艺制备，原子排列呈现非晶态结构，具有高磁导率和低损耗的特性。非晶材料的Bs·μ值是铁氧体的10～15倍，意味着变压器体积和重量可以大幅减小，适用于高频开关电源中的变压器设计‌。

开关电源中高频磁芯的形状多种多样，主要包括罐型、RM型、E型、EC/ETD/EER型、PQ型和环形磁芯等‌。每种形状的高频磁芯都有其独特的特点和应用场景。

‌罐型磁芯‌：罐型磁芯对电磁干扰(EMI)的屏蔽效果非常好，尺寸符合IEC标准，互换性好。但由于其形状不利于散热，不适合用于大功率变压器和电感器‌。

‌RM型磁芯‌：RM型磁芯设计上切掉了罐型的两个对称侧面，有利于散热和大尺寸引线的引出，节省了约40%的安装空间。虽然屏蔽效果不如罐型，但仍具有良好的屏蔽效果。适用于平面变压器或直接装配到印制板电路上的设计‌。

‌E型磁芯‌：E型磁芯成本较低，绕制和组装简单，应用广泛。由于其良好的散热性能和较大的窗口面积，适用于大功率电感器和变压器。E型磁芯可以做成扁平形状，适用于平面变压器‌。

‌EC/ETD/EER型磁芯‌：这些磁芯结构介于E型和罐型之间，提供足够的空间供大截面引线引出，散热效果好。中心柱为圆柱形，减少了铜损，提高了输出功率，适用于低压大电流的开关电源‌。

‌PQ型磁芯‌：PQ型磁芯专为开关电源电感器和变压器设计，优化了磁芯体积、表面积和绕组绕制面积的比率，使得在给定输出功率下温升和体积最小化。适用于需要高效散热和紧凑设计的场合‌。

‌环形磁芯‌：环形磁芯成本经济，适用于需要经济高效的场合‌。

高频变压器是电子设备中不可或缺的元件，它负责变换交流电压、电流和阻抗。当变压器中的初级线圈通入交流电流时，铁芯或磁芯会产生交流磁通，从而在次级线圈中感应出电压或电流。变压器的性能和稳定性在很大程度上取决于其磁芯的形状。

磁芯的形状多种多样，包括罐型磁芯、RM型磁芯、E型磁芯等。这些不同形状的磁芯对变压器的工作有着不同的影响。例如，罐型磁芯由于其独特的设计，对电磁干扰(EMI)的屏蔽效果非常出色，同时其尺寸符合IEC标准，制造时的互换性也很好。然而，由于其设计成本相对较高，且散热性能不佳，因此不适用于大功率变压器电感器。

在选择适合的磁芯形状时，需要综合考虑变压器的应用需求、成本、散热性能以及制造工艺等因素。不同的磁芯形状在变压器中发挥着各自独特的作用，共同影响着变压器的工作性能和稳定性。

RM型磁芯

RM型磁芯相较于罐型磁芯，其设计特点在于去除了罐型的两侧对称部分，这样的设计不仅有利于散热和方便大尺寸引线的引出，还节省了大约40%的安装空间。此外，RM型磁芯提供了两种类型的骨架选择：无针型和插针型，使得安装过程更加灵活，可以采用一对夹子进行简便的安装。特别值得一提的是，RM型磁芯可以制成扁平形状，非常适合用于平面变压器，或是直接将磁芯装配到已设计好绕组的印制板电路上。尽管其屏蔽效果稍逊于罐型磁芯，但仍然表现出色。

E型磁芯

相较于罐型磁芯，E型磁芯以其低廉的价格和简单的绕制、组装方式，成为了应用最广泛的磁芯形状。然而，它也存在一定的缺点，即无法提供自我屏蔽功能。尽管如此，E型磁芯在安装方向上具有灵活性，甚至可以几副叠加以应用更大的功率。此外，这种磁芯也可以制成扁平形状，非常适合平面变压器使用，同时提供无针和插针型骨架选择。其出色的散热性能和可叠加使用的特点，使得大功率电感器和变压器通常都会选用这种形状的磁芯。

EC、ETD和EER型磁芯

这些类型的磁芯结构巧妙地融合了E型与罐型磁芯的优点。它们不仅提供了充足的空间以供大截面引线引出，满足了现代开关电源低压大电流的需求，还具备良好的散热性能。其中心柱设计为圆柱形，相较于相同截面的长方体，单匝绕组长度缩短了11%，从而降低了铜损，提高了输出功率。此外，圆柱形中心柱的设计也避免了长方体棱角在绕制过程中可能对绕组线材绝缘造成的损害。

PQ型磁芯

PQ型磁芯专为开关电源中的电感器和变压器而设计。其独特形状优化了磁芯的体积、表面积与绕组绕制面积之间的比例。这一设计使得在有限的空间内实现最大电感量和最大化绕制面积成为可能，从而提高了输出功率并节省了PCB安装空间。此外，该磁芯结构还具有统一的磁路截面积，减少了工作热点，提高了整体效率。

EP型磁芯

EP型磁芯采用圆形中心柱立体形设计，其结构特点在于绕组被完全包裹，除了与PCB板接触的末端外，屏蔽效果极佳。这种独特的形状不仅减小了装配时两片磁芯接触面形成的气隙的影响，还优化了体积与空间利用率的比例，使得整体性能更为出色。

环形磁芯

环形磁芯在制造经济性方面表现出色，相较于其他可比较的磁芯，其成本更低。由于采用了骨架设计，使得附加和组装成本几乎为零。此外，该磁芯适合使用绕线机进行绕制，大大提高了生产效率。同时，其屏蔽效果也相当不错，能够满足大部分应用需求。

经过上述对高频变压器磁芯形状的分析，我们了解到不同形状的磁芯对变压器的工作性能有着显著的影响。