中心議題：

• 電磁元件的鐵心結(jié)構(gòu)

解決方案：

• 硅鋼鐵心
• 非晶和微晶合金鐵心的鐵心結(jié)構(gòu)
• 高導(dǎo)磁合金（坡莫合金）鐵心的鐵心結(jié)構(gòu)
• 復(fù)合鐵心和磁粉芯的鐵心結(jié)構(gòu)
• 集成磁芯的鐵心結(jié)構(gòu)

鐵心是電源中電磁元件的重要部件，對(duì)它的性能起著重要的作用。設(shè)計(jì)電磁元件的鐵心，包括以下幾個(gè)主要內(nèi)容：
（1）根據(jù)電源的電路和工作頻率，轉(zhuǎn)換成鐵心對(duì)軟磁材料的要求，選取適用的軟磁材料；
（2）根據(jù)電源要求的性能指標(biāo)，選取適用的鐵心結(jié)構(gòu)形式；
（3）根據(jù)傳送功率和輸入阻抗（輸入電感），計(jì)算和選取鐵心尺寸；
（4）根據(jù)電磁元件電磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行鐵心和線圈參數(shù)計(jì)算；
（5）根據(jù)使用要求，換算鐵心散熱面積和工作溫度。

如果工作頻率在10Hz至20kHz的聲頻范圍內(nèi)，還要考慮周圍環(huán)境對(duì)可聞噪聲的要求。在強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)的今天，可聞噪聲污染，對(duì)人的身心都會(huì)造成相當(dāng)?shù)奈：?。因此，降低可聞噪聲，使它限制在一定范圍?nèi)，是相當(dāng)重要的。如果達(dá)不到指標(biāo)，在設(shè)計(jì)鐵心結(jié)構(gòu)時(shí)要采取降低噪聲的措施。

對(duì)有鐵心的電源變壓器，第（1）、第（2）項(xiàng)是決定性的，文獻(xiàn)1中已作介紹，不再贅述。關(guān)于第（3）項(xiàng)，比較通用的是從下面三個(gè)公式來(lái)設(shè)計(jì)和選取鐵心尺寸。
ACAO=P2(1＋η)/KUJfΔBm(1)
ACLC=P2(1＋η)/KUμOμfΔBm(2)
L1=μOμACN12/lC(3)
式中：AC是鐵心實(shí)際截面積（包括鐵心占空系數(shù)KC）；
AO是鐵心窗口實(shí)際面積（包括窗口占空系數(shù)KO），ACAO是鐵心的特征參數(shù)；
P2是電源變壓器的輸出功率；
η是電源變壓器的效率，P2(1＋η)相當(dāng)于電源變壓器的視在功率；
KU是波形系數(shù)，對(duì)矩形波為2，對(duì)正弦波為222；
J是電流密度；
f是工作頻率；

ΔBm是工作磁通密度變化范圍，對(duì)磁通密度雙向變化的電源變壓器為2Bm，對(duì)磁通密度單向變化的電源變壓器為Bm－Br；
lC是鐵心的平均磁路長(zhǎng)度，ACLC是鐵心的有效體積；
L1是輸入電感；
μO是真空磁導(dǎo)率；
μ是鐵心在工作頻率下的有效磁導(dǎo)率；
N1是輸入（初級(jí)）線圈匝數(shù)。

關(guān)于第（4）項(xiàng)，在超過一定工作頻率的高頻條件下，電源變壓器的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮電磁場(chǎng)的一維、二維或三維數(shù)學(xué)模型，否則會(huì)造成相當(dāng)大的誤差。原電子工業(yè)部的指導(dǎo)性技術(shù)文件SJ/Z292188《開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)方法》已不再適用。應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)在已經(jīng)比較普及的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，制定新的指導(dǎo)性技術(shù)文件。

關(guān)于第（5）項(xiàng)，一般不怎么受設(shè)計(jì)者重視，而是根據(jù)試制樣品溫升試驗(yàn)的結(jié)果再作修改。但是對(duì)功率較大（例如100W以上），工作頻率較高（例如100kHz以上），還是先進(jìn)行鐵心工作溫度核算，以便在設(shè)計(jì)中采取措施，防止鐵心溫升超過規(guī)定值。[page]

以上簡(jiǎn)單地介紹電源變壓器鐵心的設(shè)計(jì)程序，不但是為了強(qiáng)調(diào)軟磁材料和鐵心結(jié)構(gòu)對(duì)電源變壓器的重要性，同時(shí)也是為了澄清現(xiàn)在設(shè)計(jì)中流行的一些方向誤導(dǎo)的作法，供同行們參考。由于收集資料還不完備，這里只介紹高度為厘米級(jí)以上的立體式鐵心結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合鐵心結(jié)構(gòu)和多功能（磁集成）鐵心結(jié)構(gòu)。至于高度為1mm～10mm級(jí)的平面式鐵心結(jié)構(gòu)和高度為1mm級(jí)以下的薄膜式鐵心結(jié)構(gòu)，以后再作介紹。


圖1硅鋼鐵心的片形

(a)I形(b)CI形(c)EI形(d)EE形


圖2硅鋼疊片式鐵心結(jié)構(gòu)截面
(a)方形(b)三階梯形(c)多階梯形

硅鋼鐵心

50Hz～60Hz工頻電磁元件和400Hz～1000Hz中頻電磁元件，多數(shù)選用硅鋼鐵心。硅鋼鐵心結(jié)構(gòu)分為疊片式鐵心和卷繞式鐵心兩種。

疊片式鐵心是把硅鋼帶材通過剪切或沖壓成鐵心片，然后疊裝成一定結(jié)構(gòu)形式的鐵心。從鐵心片形狀發(fā)展來(lái)看（圖1），最早是單I形，后來(lái)是CI形、EI形和EE形，其目的是便于疊裝，減少工時(shí)。如果材料是取向硅鋼帶，要注意使磁路中磁力線方向與硅鋼取向一致，不要與硅鋼取向垂直，否則會(huì)增加鐵心激磁能量和鐵心損耗。為了解決轉(zhuǎn)角處磁力線方向不與硅鋼取向垂直，后來(lái)又發(fā)展成45°斜切角形片形。

從疊裝成的鐵心截面發(fā)展來(lái)看（圖2），最早是方形，后來(lái)發(fā)展成三階梯形、多階梯形，使鐵心截面逐步趨向圓形。這一方面是為了減少線圈平均匝長(zhǎng)，降低阻抗和銅損；另一方面也是為了便于線圈繞制。從疊裝成的鐵心柱數(shù)發(fā)展來(lái)看（圖3），最早是用于單相變壓器和電抗器的兩柱式，后來(lái)發(fā)展成用于三相變壓器的三柱式，用于帶平衡電抗器的整流變壓器的五柱式。

卷繞式鐵心是把硅鋼帶材剪切成需要的寬度后，卷繞成一定結(jié)構(gòu)形式的鐵心。從卷繞成的鐵心形狀發(fā)展來(lái)看（圖4），最早為環(huán)形，后來(lái)為了便于絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和線圈繞制，發(fā)展成方框形。方框形包括：用于單相電源變壓器的單框式和雙框式，用于三相電源變壓器的三框式和四框式。三框式又分為兩種：一種是合成的，由兩個(gè)小框外套一個(gè)大框組成；一種是獨(dú)立的，由互相成120°角布置的三個(gè)方框組成。為了使鐵心截面逐漸趨向圓形，和疊片式鐵心一樣，卷繞式鐵心截面也從矩形，經(jīng)過三階梯形、多階梯形，發(fā)展成鐵心截面基本上是圓形的R形鐵心。截面是R形的卷繞式環(huán)形鐵心，稱為O形鐵心。既可充分利用鐵心材料，又可以減少線圈平均匝長(zhǎng)，是比較理想的卷繞式鐵心結(jié)構(gòu)。


圖3硅鋼疊片式鐵心結(jié)構(gòu)柱數(shù)

(a)兩柱式(b)三柱式(c)五柱式


圖4硅鋼卷繞式鐵心結(jié)構(gòu)形狀[page]

(a)環(huán)形(b)單框形(c)雙框形(d)合成三框形(e)120°布置三框形


圖5硅鋼CD形和XD形鐵心結(jié)構(gòu)
a)CD形(b)XD形

卷繞式鐵心和疊片式鐵心比較，卷繞式鐵心可以使磁路中的磁力線完全與硅鋼取向一致，而且不存在氣隙，因此激磁能量和鐵心損耗將減小10％～25％，噪聲也低一些。其鐵心加工工藝比較簡(jiǎn)單，便于用機(jī)械加工代替手工疊裝。但是線圈繞制比疊片式鐵心難度大，必須用專門的繞線設(shè)備，如果線圈損傷則整體報(bào)廢，不能返修。為了補(bǔ)償這些缺點(diǎn)，把卷繞式鐵心切開成兩半，變成CD形和XD形鐵心（圖5）。

這種結(jié)構(gòu)雖然有兩個(gè)或三個(gè)氣隙，但仍然保持卷繞式鐵心的優(yōu)點(diǎn)，激磁能量和鐵心損耗增加不多，噪聲也增加不大。鐵心加工除增加鐵心切割加工和氣隙磨光工序而外，加工工藝也不復(fù)雜，仍能采用機(jī)械加工。同時(shí)又象疊片式鐵心那樣線圈繞制比較容易。線圈損傷也便于拆卸更換。還有，CD形和XD形鐵心對(duì)于必須有氣隙的電抗器來(lái)說(shuō)，更是一種比較理想的鐵心結(jié)構(gòu)。


圖6鐵基非晶合金單I形疊片式鐵心結(jié)構(gòu)

圖7鐵基非晶合金搭接式鐵心結(jié)構(gòu)

非晶和微晶合金鐵心

鐵基非晶合金可以用在50Hz～60Hz工頻和400Hz～20kHz中頻電源中作為電磁元件的鐵心材料。20世紀(jì)80年代末，日本大阪變壓器廠的研究結(jié)論認(rèn)為：鐵基非晶合金鐵心在150Hz以上的綜合性能，比硅鋼鐵心好。經(jīng)過十多年的研究，鐵基非晶合金鐵心正在向50Hz～60Hz工頻領(lǐng)域擴(kuò)展，和硅鋼鐵心進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。

鐵基非晶合金鐵心結(jié)構(gòu)也分為疊片式和卷繞式兩種。疊片式鐵心是比較早期的結(jié)構(gòu)，是把鐵基非晶合金帶材剪切成一定的鐵心片后，再疊裝成一定結(jié)構(gòu)形狀的鐵心。鐵基非晶合金帶材厚度一般為20μm～40μm，疊裝起來(lái)既費(fèi)時(shí)又不容易疊好。為了縮短工時(shí)和增加鐵心強(qiáng)度，把幾片和十幾片薄鐵心片粘接在一起，成為0.1mm～0.25mm厚的鐵心片，但是損耗也有所增加。鐵基非晶合金磁性不存在取向問題，但是剪切加工困難，一般鐵心片形狀都為單I形（圖6），疊裝后的鐵心截面都為矩形。鐵心柱數(shù)也分為單相電磁元件用的兩柱式和三相電磁元件用的三柱式兩種。由于需要大量的工時(shí)，疊裝式鐵基非晶合金鐵心結(jié)構(gòu)現(xiàn)在已很少使用。但是在150μm鐵基非晶合金帶材工藝成熟之后，仍然有可能采用疊裝式鐵心結(jié)構(gòu)。

卷繞式鐵心是把鐵基非晶帶材剪切或噴制成一定寬度后，再卷繞成一定結(jié)構(gòu)形式的鐵心。最早是環(huán)形，后來(lái)為了繞線方便，發(fā)展成方框形，包括單框形、雙框形、三框形和四框形。再后來(lái)為了簡(jiǎn)化繞線和裝卸工藝，便于更換線圈，發(fā)展成CD形和XD形。和硅鋼卷繞式鐵心結(jié)構(gòu)不同，鐵基非晶合金鐵心在20世紀(jì)90年代初，出現(xiàn)一種新型的搭接式方框形鐵心結(jié)構(gòu)（圖7）。在鐵心的接縫部分，鐵心帶互相搭接在一起，而且接縫部分不在一條直線上，因此氣隙比CD形鐵心小。激磁能量和鐵心損耗與卷繞式方框形鐵心基本相同。

但是它可以逐層打開，在裝入線圈后，再逐層合上。線圈繞制、裝卸和更換都比較容易。現(xiàn)在普遍認(rèn)為，這種搭接式方框形鐵心結(jié)構(gòu)是綜合了卷繞式方框形和CD形鐵心結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的、比較好的鐵心結(jié)構(gòu)。不但可以用于低頻，而且可以用于中高頻電磁元件。在配電變壓器中已經(jīng)大量使用，既縮短了鐵心加工和裝配工時(shí)，又可以發(fā)揮非晶合金材料的優(yōu)良性能。

鈷基非晶合金和鐵基微晶合金用于20kHz～500kHz中高頻電源中的電磁元件，主要是卷繞式環(huán)形鐵心結(jié)構(gòu)，個(gè)別的采用CD形鐵心結(jié)構(gòu)。CD形鐵心結(jié)構(gòu)主要用于20kHz～50kHz的電磁元件，在超過100kHz時(shí)，由于線圈匝數(shù)少，主要用環(huán)形鐵心結(jié)構(gòu)。在大容量的電源中，20kHz～50kHz的電磁元件將來(lái)有可能采用搭接式鐵心結(jié)構(gòu)。
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高導(dǎo)磁合金（坡莫合金）鐵心

為了充分發(fā)揮高導(dǎo)磁合金的高導(dǎo)磁特性，一般都采用卷繞式環(huán)形鐵心結(jié)構(gòu)。由于高導(dǎo)磁合金對(duì)應(yīng)力敏感，在熱處理后，要把環(huán)形鐵心裝在保護(hù)盒內(nèi)，而且在繞線和絕緣處理工藝過程中，一定要輕拿輕放，避免沖擊和應(yīng)力對(duì)高導(dǎo)磁合金性能的影響。以前，在1kHz以下，也有個(gè)別情況采用疊片式鐵心結(jié)構(gòu)，鐵心沖片為EE形或者EI形?，F(xiàn)在比較少見了。坡莫合金由于環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，又?jǐn)U展了使用頻率范圍，現(xiàn)在在電源中的用量有所增加。但是鐵心結(jié)構(gòu)仍然是卷繞式環(huán)形鐵心結(jié)構(gòu)。
5軟磁鐵氧體鐵心


圖8軟磁鐵氧體鐵心結(jié)構(gòu)

(a)EI形(b)EE形(c)EER形(d)EP形(e)UF形(f)UYF形(g)RM形
(h)PM形(i)PQ形(j)Q形（罐形）(k)T形（環(huán)形）(l)LP形

軟磁鐵氧體的鐵心結(jié)構(gòu)比較多，這是由于采用熱壓工藝，比較容易加工成各種形狀。有EI、EE、EER、EP、UF、UYF、RM、PM、PQ、Q（罐形）、T（環(huán)形）和LP形等等（圖8）。EI形以尺寸A（E形鐵心寬度）為標(biāo)志，EE形以尺寸A（E形鐵心寬度）和2×B（E形鐵心長(zhǎng)度）為標(biāo)志，已形成EI10～50，EE8.3/8.0～110/80系列，品種多，制造工藝簡(jiǎn)單成熟，散熱好，便于引出接線，成本較低。缺點(diǎn)是鐵心中間柱截面為方形，給線圈繞制帶來(lái)麻煩。同時(shí)，無(wú)屏蔽，容易產(chǎn)生雜散磁場(chǎng)干擾。EER形也是以尺寸A（E形鐵心寬度）和2×B（E形鐵心長(zhǎng)度）為標(biāo)志，已形成EER25/33～54/50系列，鐵心中間柱截面為圓形，繞線比較方便，同時(shí)繞線長(zhǎng)度比方形截面縮短11％，從而降低銅損。

但是仍無(wú)屏蔽。EP形鐵心以鐵心高度尺寸E為標(biāo)志，已形成7至30系列，中間鐵心柱為圓形，而且一邊有屏蔽，另一邊有缺口，便于引出接線。UF形鐵心以U形鐵心寬度A為標(biāo)志，形成9.8～25系列，可以兩個(gè)柱繞線，散熱好，引出接線也方便，但是鐵心截面為矩形，也無(wú)屏蔽。UYF形鐵心以U形鐵心厚度C（有時(shí)包括U形鐵心高度2×B）為標(biāo)志，已形成10～18系列，有的兩個(gè)鐵心柱面為圓形，有的一個(gè)鐵心柱面為圓形（單邊繞線），一個(gè)鐵心柱截面為方形。RM形鐵心以中間鐵心柱的直徑C為標(biāo)志，已形成4～14系列，有中心孔和無(wú)中心孔（用G作標(biāo)志）兩種，中間鐵心柱為圓形，兩側(cè)有屏蔽，有兩邊缺口，便于引出接線。PM形鐵心以最大外徑A為標(biāo)志，已形成PM50～114系列，其兩側(cè)屏蔽比RM形鐵心更寬，效果更好。

Q形（罐形）鐵心以最大外徑A和高度C為標(biāo)志，已形成Q7/4～Q40/29系列，屏蔽效果最好，單位空間電感值高，但缺口小，引出接線不便，有中心孔，以便安裝。PQ形鐵心以最大外徑A和高度F為標(biāo)志，已形成PQ20/16～50/50系列，比Q形鐵心開的缺口大，引出接線方便，而且背面散熱面積大，是高頻電源變壓器用的鐵心結(jié)構(gòu)中，綜合性能最佳的一種。LP形鐵心以鐵心高度2D和一邊較小的缺口長(zhǎng)度E為標(biāo)志，已形成LP23/8～LP32/13系列，也適用于高頻電源變壓器。T形（環(huán)形）鐵心以外徑×內(nèi)徑×高尺寸為標(biāo)志，已形成6×3×2～124×62×40系列，截面為矩形，磁路無(wú)空氣隙，電感值大，漏磁小。如果把截面改成圓形，變成類似硅鋼O形鐵心那樣的結(jié)構(gòu)，其繞線工藝和性能都有所改善。

復(fù)合鐵心和磁粉芯

復(fù)合鐵心是指采用兩種以上軟磁材料組成的鐵心結(jié)構(gòu)。如果為了使鐵心性能一致性好，而把一個(gè)鐵心分成兩個(gè)（或三個(gè)）鐵心，進(jìn)行性能搭配，這不能算成是復(fù)合鐵心結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈兪褂玫氖峭环N軟磁材料，而不是兩種以上軟磁材料。復(fù)合鐵心結(jié)構(gòu)的典型例子是脈沖變壓器用鐵心，為了保證上升時(shí)間短和頂降小，使用坡莫合金和軟磁鐵氧體兩種軟磁材料組成的鐵心，有環(huán)形的，也有疊片式的。

但是最常用的復(fù)合鐵心結(jié)構(gòu)是磁粉芯，它是用軟磁材料和非磁性材料復(fù)合而成。雖然磁粉芯不用于電源變壓器，而用于電感器，但是為了使鐵心結(jié)構(gòu)介紹比較全面一些，在本文中也把它介紹給讀者。

磁粉芯是由金屬軟磁材料粉末與絕緣材料混合以后壓制而成的，一般都是環(huán)形鐵心。為了表明軟磁材料的種類和性能，還涂有顏色（紅、黃、綠、藍(lán)）作為標(biāo)記。由于金屬軟磁材料粉末被軟磁材料所包圍，形成分散氣隙，從而大大降低高頻渦流損耗，并具有抗飽和性能。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBn25185《鎳鐵磁粉芯》只針對(duì)高導(dǎo)磁鐵鎳合金材料制成的磁粉芯，現(xiàn)在已發(fā)展了鐵磁粉芯、鐵硅鋁磁粉芯、非晶和微晶磁粉芯，故國(guó)標(biāo)需要加以擴(kuò)展和修訂。

對(duì)磁粉芯提出的指標(biāo)有飽和磁通密度Bs、有效磁導(dǎo)率μe、有效品質(zhì)因數(shù)Qe、有效磁導(dǎo)率溫度系αμe及居里點(diǎn)、比重等。主要的磁粉芯的性能參數(shù)如表1所示。鐵鎳鉬磁粉芯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)為FN81，上海鋼鐵研究所型號(hào)為SN，美國(guó)阿諾德公司型號(hào)為MPP，磁導(dǎo)率高，工作環(huán)境適應(yīng)范圍廣，損耗低，但價(jià)格貴。鐵鎳高磁通磁粉芯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)為FN50，美國(guó)阿諾德公司型號(hào)為HF，飽和磁通密度高，磁導(dǎo)率中等，損耗也較低，價(jià)格較便宜，國(guó)內(nèi)外最近比較重視研究和使用。鐵硅鋁磁粉芯上海鋼鐵研究所型號(hào)為SA，美國(guó)阿諾德公司型號(hào)為MS，是一種價(jià)格較低，綜合性能指標(biāo)較好的磁粉芯。鐵磁粉芯上海鋼鐵研究所型號(hào)SF，國(guó)外一般型號(hào)為IP，磁導(dǎo)率和飽和磁通密度高，但在高頻下?lián)p耗大，只適用于低頻和20kHz以下的中頻使用。由于價(jià)格便宜，可以把它加工成大型磁粉芯，代替硅鋼，作為大容量直流電源的濾波電抗器。
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除了表1所列性能而外，一般還給出有效磁導(dǎo)率μe與頻率f的關(guān)系曲線。與軟磁鐵氧體類似，在超過一定極限工作頻率以后，有效磁導(dǎo)率會(huì)迅速下降。同時(shí)，還給出在有效磁導(dǎo)率μe下降50％的外加磁場(chǎng)強(qiáng)度，也就是恒磁范圍。表2是鐵鎳鉬磁粉芯和高磁通鐵鎳磁粉芯的恒磁范圍。還有，對(duì)用于輸出濾波器的磁粉芯，必須給出交直流同時(shí)磁化曲線，表示在大的直流磁化條件下，磁粉芯有效磁導(dǎo)率的變化情況。

表1磁粉芯的主要性能




圖9平面布置的多功能鐵心結(jié)構(gòu)

(a)一個(gè)變壓器和一個(gè)電抗器(b)一個(gè)變壓器和兩個(gè)電抗器


圖10兩種軟磁材料組成的多功能鐵心結(jié)構(gòu)

(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


以前，包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)，都沒有測(cè)試20kHz以上的有效磁導(dǎo)率μe和損耗Pc。現(xiàn)在已有生產(chǎn)單位提供這方面的性能數(shù)據(jù)。希望制訂磁粉芯新的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，能提供20kHz、100kHz、1MHz、5MHz，甚至10MHz下的有效磁導(dǎo)率μe和損耗Pc，有利于把磁粉芯應(yīng)用到中高頻和高頻電源中去。
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多功能鐵心（集成磁芯）

多功能鐵心結(jié)構(gòu)是指一種鐵心同時(shí)起變壓器和電抗器，變壓器和磁性開關(guān)等多種功能。庫(kù)克教授在提出庫(kù)克電路的同時(shí)，把這種多功能鐵心結(jié)構(gòu)稱為“集成磁芯”，意思是指它象半導(dǎo)體集成電路一樣，把幾種功能集成在一起。這個(gè)詞語(yǔ)“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(dǎo)體集成電路工藝相類似的技術(shù)，制造薄膜式鐵心及其應(yīng)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(rèn)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(jié)構(gòu)認(rèn)為是同一樣的東西，所以把原來(lái)的集成磁芯改稱為“多功能鐵心”。

其實(shí)，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(gè)變壓器和一個(gè)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(lái)的，鐵心也屬于多功能鐵心結(jié)構(gòu)。

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

從20世紀(jì)80年代末開始，對(duì)由垂直形鐵心構(gòu)成的立體布置的多功能鐵心結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的人員越來(lái)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(gè)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(lái)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(gè)變壓器和兩個(gè)可控電感組合在一起的多功能鐵心結(jié)構(gòu)。





圖11垂直形鐵心組成的多功能鐵心結(jié)構(gòu)
(a)一個(gè)C形鐵心轉(zhuǎn)90°可控電感(b)(a)的演變，可控電感
(c)二個(gè)變壓器與二個(gè)可控電感的組合
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利用這種垂直形多功能鐵心結(jié)構(gòu)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(guān)電源，具有可靠性高（主要是銅鐵材料）、可自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)、消除諧波好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，是值得繼續(xù)開發(fā)的一種特殊的鐵心結(jié)構(gòu)。

（1）各種軟磁材料由于使用領(lǐng)域不同，可以組成不同的鐵心結(jié)構(gòu)。在選取鐵心結(jié)構(gòu)時(shí)首先要注意能充分發(fā)揮軟磁材料的優(yōu)點(diǎn)，其次要注意工藝加工的復(fù)雜程度和材料的利用率，也就是成本。根據(jù)市場(chǎng)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(jià)格的另一面。

（2）任何鐵心結(jié)構(gòu)都各有其優(yōu)缺點(diǎn)，不能因?yàn)槠珢鄣戎饔^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(duì)，而對(duì)一種鐵心結(jié)構(gòu)采取絕對(duì)否定的態(tài)度。例如：有的人過分欣賞R形卷繞式鐵心結(jié)構(gòu)，不愿注意到這種鐵心結(jié)構(gòu)本身存在的一些問題。又例如：大多數(shù)人認(rèn)為120°布置三框式鐵心結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)范圍，而屬于平面式鐵心結(jié)構(gòu)和薄膜式鐵心結(jié)構(gòu)范圍。這兩種結(jié)構(gòu)正成為高頻電源變壓器的研究熱點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，高頻開關(guān)電源的高度，采用平面式鐵心結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的變壓器，高頻開關(guān)電源的高度已在5mm～3mm之間。預(yù)測(cè)到2002年，采用薄膜式鐵心結(jié)構(gòu)的變壓器和集成工藝技術(shù)，把磁性元件、半導(dǎo)體器件和電容器集成在一個(gè)單片上，組成新型的單片式高頻開關(guān)電源，高度可低于3mm，甚至達(dá)到1mm。短短十年期間，就從立體式鐵心結(jié)構(gòu)跨越平面式鐵心結(jié)構(gòu)，發(fā)展到薄膜式鐵心結(jié)構(gòu)，發(fā)展之迅速使人驚嘆不已！

（4）在利用多功能鐵心結(jié)構(gòu)，開發(fā)性能獨(dú)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(jiān)持研究垂直型多功能鐵心結(jié)構(gòu)，而取得了有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果。這種創(chuàng)新精神和堅(jiān)韌不拔的努力，給我們一個(gè)很好的啟示。希望我國(guó)的電源技術(shù)工作者能夠開發(fā)出有自己特色的產(chǎn)品，在電源技術(shù)新領(lǐng)域中占有一席之地。