电源中电磁元件的铁心结构

(a)柜形铁心(b)桥式铁心

表2铁镍钼磁粉芯和高磁通铁镍磁粉芯恒磁范围

7多功能铁心（集成磁芯）

多功能铁心结构是指一种铁心同时起变压器和电抗器，变压器和磁性开关等多种功能。库克教授在提出库克电路的同时，把这种多功能铁心结构称为“集成磁芯”，意思是指它象半导体集成电路一样，把几种功能集成在一起。这个词语“集成磁芯”，到现在一直有人在使用。但是，现在出现了利用与半导体集成电路工艺相类似的技术，制造薄膜式铁心及其应用的电磁元件，有的人称为“微磁性器件”，有的人称为“集成磁性器件”。因此，我认为再使用集成磁芯就容易使人混淆，把两种完全不同的铁心结构认为是同一样的东西，所以把原来的集成磁芯改称为“多功能铁心”。

其实，最早的多功能铁心出现在铁磁谐振稳压器中，包括一个变压器和一个由磁分路组成的电抗器。恒压变压器是由铁磁谐振稳压器发展而来的，铁心也属于多功能铁心结构。

常见的多功能铁心结构主要是平面布置的形式（图9）。图9（a）是一个变压器和一个电抗器的铁心结构。图9（b）是一个变压器和两个电抗器的铁心结构。图10巧妙地采用两种软磁材料组成多功能铁心结构。图10（a）外框铁心采用高导磁合金材料，形成变压器，中间采用低导磁材料形成电抗器。除了这种框形加中间柱结构而外，还有图10（b）的桥式多功能铁心结构，四个桥臂用高导磁材料，桥对角线用低导磁材料或者开一个气隙。

从20世纪80年代末开始，对由垂直形铁心构成的立体布置的多功能铁心结构进行研究的人员越来越多。最早是有人把C形铁心的一半转90°而形成的，发现在没转90°的C形铁心上的绕组之间仍存在变压器功能，转90°的C形铁心上绕上一个绕组，可以通过电流激磁后，改变没转90°的C形铁心上绕组的电感〔见图11（a）〕。后来把铁心去掉一些变成图11（b），仍然具有这样的功能。图11（c）是把两个变压器和两个可控电感组合在一起的多功能铁心结构。

图11垂直形铁心组成的多功能铁心结构

(a)一个C形铁心转90°可控电感(b)(a)的演变，可控电感

(c)二个变压器与二个可控电感的组合

利用这种垂直形多功能铁心结构已经研制开发出交流稳压电源、逆变电源、电压谐振式和电流谐振式开关电源，具有可靠性高（主要是铜铁材料）、可自动无级调节、消除谐波好、效率高等优点，是值得继续开发的一种特殊的铁心结构。

8结语

（1）各种软磁材料由于使用领域不同，可以组成不同的铁心结构。在选取铁心结构时首先要注意能充分发挥软磁材料的优点，其次要注意工艺加工的复杂程度和材料的利用率，也就是成本。根据市场和用户的要求综合考虑，不能只注意性能一面而忽略成本和价格的另一面。

（2）任何铁心结构都各有其优缺点，不能因为偏爱等主观因素而抬高一种否定其它；也不能随大流，由于大多数人反对，而对一种铁心结构采取绝对否定的态度。例如：有的人过分欣赏R形卷绕式铁心结构，不愿注意到这种铁心结构本身存在的一些问题。又例如：大多数人认为120°布置三框式铁心结构不可能用在电源变压器中去，但是已有人把它用于追求体积小的电源变压器中，取得了良好效果。

（3）现在的铁心结构在低频和中频电源变压器中发展比较成熟。在高频电源变压器中还有许多工作要做，那已经不属于立体式铁心结构范围，而属于平面式铁心结构和薄膜式铁心结构范围。这两种结构正成为高频电源变压器的研究热点。据报道，高频开关电源的高度，采用平面式铁心结构的变压器在1995年还大于5mm，到1998年，采用低高度平面式铁心结构的变压器，高频开关电源的高度已在5mm～3mm之间。预测到2002年，采用薄膜式铁心结构的变压器和集成工艺技术，把磁性元件、半导体器件和电容器集成在一个单片上，组成新型的单片式高频开关电源，高度可低于3mm，甚至达到1mm。短短十年期间，就从立体式铁心结构跨越平面式铁心结构，发展到薄膜式铁心结构，发展之迅速使人惊叹不已！

（4）在利用多功能铁心结构，开发性能独特的直流和交流电源方面，日本索尼公司的一些人员不随大流，坚持研究垂直型多功能铁心结构，而取得了有自己知识产权的成果。这种创新精神和坚韧不拔的努力，给我们一个很好的启示。希望我国的电源技术工作者能够开发出有自己特色的产品，在电源技术新领域中占有一席之地。