高頻磁性器件

內(nèi)容概要

　　本書是高頻功率磁性器件領(lǐng)域的一本教材。全書共11章，首先完整介紹了磁性器件的基本概念與原理，然后詳細(xì)介紹了高頻時出現(xiàn)的趨膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)，以及兩效應(yīng)對高頻磁性器件的繞組和磁芯損耗的影響，最后采用案例學(xué)習(xí)方式，介紹了用面積積法和幾何系數(shù)法設(shè)計變壓器和電感器的實際設(shè)計范例、過程，在此過程中，注意采用學(xué)生易于理解的分析方式對實例進(jìn)行以概念為主導(dǎo)的解釋。

作者簡介

作者：(美國)Marian K.Kazimierezuk 譯者：鐘智勇 唐曉莉 張懷武Marian K. Kazimierczuk是美國俄亥俄州賴特州立大學(xué)電子工程 Robert J. Kegerreis 杰出教授。作者著書6部，發(fā)表期刊論文130余篇、會議論文150余篇，以及授權(quán)專利7項。他是IEEE的會員。2008年獲得美國工程教育協(xié)會(ASEE)授予的杰出教師獎。他的研究興趣有功率電子，包括脈沖寬度調(diào)制的DC-DC功率變換，諧振DC-DC功率變換的建模及控制，射頻功率放大器及振蕩器，半導(dǎo)體功率器件，高頻磁性器件，可再生能源，以及微波成像。

書籍目錄

第1章 磁性器件基礎(chǔ)
　1.1 引言
　1.2 磁場物理量的關(guān)系
　1.2.1 磁動勢
　1.2.2 磁場強(qiáng)度
　1.2.3 磁通
　1.2.4 磁通密度
　1.2.5 磁鏈
　1.3 磁路
　1.3.1 磁阻
　1.3.2 磁基爾霍夫電壓定律
　1.3.3 磁通連續(xù)性定律
　1.4 磁性定律
　1.4.1 安培定律
　1.4.2 法拉第定律
　1.4.3 楞次定律
　1.4.4 歐姆定律
　1.4.5 麥克斯韋方程組
　1.4.6 良導(dǎo)體的麥克斯韋方程組
　1.4.7 坡印廷矢量
　1.4.8 焦耳定律
　1.5 渦流
　1.6 磁芯飽和
　1.6.1 正弦波電壓作用下的電感器磁芯飽和
　1.6.2 方波電壓作用下的電感器磁芯飽和
　1.6.3 矩形波電壓作用下的電感器磁芯飽和
　1.7 伏秒平衡原則
　1.8 電感
　1.8.1 電感的定義
　1.8.2 螺線管的電感
　1.8.3 環(huán)形磁芯電感器的電感
　1.8.4 罐形磁芯電感器的電感
　1.8.5 氣隙
　1.8.6 邊緣磁通
　1.8.7 帶狀傳輸線電感
　1.8.8 同軸電纜電感
　1.8.9 平行雙導(dǎo)傳輸線電感
　1.9 電感系數(shù)
　1.10磁場能量
　1.11自諧振頻率
　1.12磁性器件的功耗分類
　1.13非感應(yīng)線圈
　1.14總結(jié)
　1.15參考文獻(xiàn)
　1.16復(fù)習(xí)題
　1.17習(xí)題
第2章 磁芯
　2.1 引言
　2.2 磁芯材料的性能
　2.3 磁偶極子
　2.4 磁疇
　2.5 居里溫度
　2.6 磁化強(qiáng)度
　2.7 磁性材料
　2.7.1 鐵磁性材料
　2.7.2 反鐵磁性材料
　2.7.3 亞鐵磁性材料
　2.7.4 抗鐵磁性材料
　2.7.5 順磁性材料
　2.8 磁滯
　2.9 磁芯的磁導(dǎo)率
　2.10磁芯的幾何形狀
　2.11鐵合金磁芯
　2.12非晶態(tài)合金磁芯
　2.13鎳鐵和鈷鐵磁芯
　2.14鐵氧體磁芯
　2.15磁粉芯
　2.16納米晶磁芯
　2.17超導(dǎo)體
　2.18磁芯的磁滯損耗
　2.19磁芯的渦流損耗
　2.20磁芯的總損耗
　2.20.1 正弦電流作用的電感器的總損耗
　2.20.2 磁芯的等效串聯(lián)電阻
　2.20.3 非正弦電流作用下的電感器磁芯損耗
　2.20.4 磁芯的冷卻
　2.21復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率
　2.21.1 磁芯的串聯(lián)復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率
　2.21.2 磁芯的并聯(lián)復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率
　2.22總結(jié)
　2.23參考文獻(xiàn)
　2.24復(fù)習(xí)題
　2.25習(xí)題
第3章 趨膚效應(yīng)
　3.1 引言
　3.2 趨膚深度
　3.3 繞組的交、直流電阻比
　3.4 單根長圓導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)
　3.5 單根圓導(dǎo)體的電流密度
　3.5.1 貝塞爾微分方程
　3.5.2 電流密度J(r)/J(0)
　3.5.3 電流密度J(r)/J(r0)
　3.5.4 電流密度J(r)/Jdc
　3.5.5 圓導(dǎo)體的近似電流密度
　3.6 圓導(dǎo)體的阻抗
　3.6.1 電阻和電感的準(zhǔn)確表達(dá)式
　3.6.2 圓導(dǎo)體的近似電阻與電感
　3.6.3 圓導(dǎo)體電阻的簡化推導(dǎo)
　3.7 圓導(dǎo)體的磁場強(qiáng)度
　3.8 求解圓導(dǎo)線電感的其他方法
　3.9 圓導(dǎo)體的功率密度
　3.10矩形導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)
　3.10.1 矩形導(dǎo)體的磁場
　3.10.2 矩形導(dǎo)體的電流密度
　3.10.3 矩形導(dǎo)體的功耗
　3.10.4 矩形導(dǎo)體的阻抗
　3.11總結(jié)
　3.12參考文獻(xiàn)
　3.13復(fù)習(xí)題
　3.14習(xí)題
第4章 鄰近效應(yīng)
　4.1 引言
　4.1.1 兩平行圓導(dǎo)體間的鄰近效應(yīng)
　4.1.2 同軸電纜的鄰近效應(yīng)
　4.2 通反向電流的兩平行板間的趨膚和鄰近效應(yīng)
　4.2.1 兩平行板間的磁場
　4.2.2 兩平行板間的電流密度
　4.2.3 兩平行板的功耗
　4.2.4 每個導(dǎo)電板的阻抗
　4.3 通同向電流的兩平行板間的反鄰近效應(yīng)和趨膚效應(yīng)
　4.3.1 兩平行板間的磁場
　4.3.2 兩平行板的電流密度
　4.3.3 兩平行板的功耗
　4.4 多層繞組電感的鄰近效應(yīng)
　4.5 總結(jié)
　4.6 附錄：鄰近效應(yīng)功耗的推導(dǎo)
　4.7 參考文獻(xiàn)
　4.8 復(fù)習(xí)題
　4.9 習(xí)題
第5章 高頻繞阻
　5.1 引言
　5.2 繞阻
　5.2.1 多層箔片電感器中的磁場強(qiáng)度和電流密度
　5.2.2 繞組的功率損耗
　5.2.3 Dowell方程
　5.2.4 Dowell方程的近似解
　5.3 方形和圓形導(dǎo)體
　5.4 矩形導(dǎo)體繞組的電阻
　5.4.1 普適方程
　5.4.2 矩形導(dǎo)體的最佳高度
　5.5 方形導(dǎo)線繞組的電阻
　5.5.1 普適方程
　5.5.2 方形導(dǎo)體的最佳高度
　5.6 圓形導(dǎo)線繞組的電阻
　5.6.1 普適方程
　5.6.2 圓形導(dǎo)線的最佳直徑
　5.7 漏電感
　5.8 在柱坐標(biāo)中對圓形導(dǎo)線繞組的求解
　5.9 利茲線
　5.10諧波電流下電感器繞組的能量損耗
　5.10.1 連續(xù)導(dǎo)電模式下PWM直流－直流功率轉(zhuǎn)化器中銅導(dǎo)線的損耗
　5.10.2 非連續(xù)導(dǎo)電模式下PWM直流直流功率轉(zhuǎn)化器中銅導(dǎo)線的功率損耗
　5.11非正弦電流作用時繞組的有效電阻
　5.12電感器的熱模型
　5.13總結(jié)
　5.14參考文獻(xiàn)
　5.15思考題
　5.16習(xí)題
第6章 疊片磁芯
　6.1 引言
　6.2 低頻解
　6.3 通用解
　6.3.1 高頻磁場分布
　6.3.2 高頻功耗密度分布
　6.3.3 高頻時疊片的阻抗
　6.4 總結(jié)
　6.5 參考文獻(xiàn)
　6.6 復(fù)習(xí)題
　6.7 習(xí)題
第7章 變壓器
　7.1 引言
　7.2 理想變壓器
　7.3 變壓器中的電壓極性和電流方向
　7.4 非理想變壓器
　7.5 互感的黎曼(Neumann)公式
　7.6 互感
　7.7 耦合系數(shù)
　7.8 同名端法則
　7.9 耦合電感的順接與反接串聯(lián)
　7.10 反射阻抗
　7.11 耦合電感的存儲能量
　7.12 磁化電感
　7.13 漏感
　7.14 具有氣隙的變壓器
　7.15 自耦變壓器
　7.16 變壓器電感的測量
　7.17 寄生電容
　7.18 高頻變壓器模型
　7.19 非交錯繞組
　7.20 交錯繞組
　7.21 交流電流變壓器
　7.21.1 工作原理
　7.21.2 電流變壓器模型
　7.21.3 低頻響應(yīng)
　7.21.4 高頻響應(yīng)
　7.22 繞組的諧波功耗
　7.22.1 連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下繞組的諧波功耗
　7.22.2 非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下繞組的諧波功耗
　7.23 變壓器的熱模型
　7.24 總結(jié)
　7.25 參考文獻(xiàn)
　7.26 復(fù)習(xí)題
　7.27 習(xí)題
第8章 集成電感器
　8.1 引言
　8.2 趨膚效應(yīng)
　8.3 矩形導(dǎo)體的電阻
　8.4 直矩形導(dǎo)體的電感值
　8.5 集成電感的結(jié)構(gòu)
　8.6 曲折結(jié)構(gòu)電感
　8.7 直圓導(dǎo)體的電感值
　8.8 圓導(dǎo)線環(huán)形回路的電感值
　8.9 兩平行導(dǎo)線回路的電感值
　8.10 圓導(dǎo)線矩形回路的電感值
　8.11 圓導(dǎo)線多邊形回路的電感值
　8.12 鍵合線電感
　8.13 單匝平面電感
　8.14 平面方形回路的電感值
　8.15 平面螺旋電感器
　8.15.1 平面螺旋電感器的幾何形狀
　8.15.2 方形平面電感
　8.15.3 六邊形螺旋電感的電感值
　8.15.4 八邊形螺旋電感的電感值
　8.15.5 環(huán)形螺旋電感的電感值
　8.16 多金屬層螺旋電感
　8.17 平面變壓器
　8.18 MEMS電感
　8.19 同軸電纜的電感值
　8.20 雙線傳輸線的電感值
　8.21 集成電感中的渦流損耗
　8.22 射頻集成電感模型
　8.23 PCB電感
　8.24 總結(jié)
　8.25 參考文獻(xiàn)
　8.26 復(fù)習(xí)題
　8.27 習(xí)題
第9章 自電容
　9.1 引言
　9.2 高頻電感模型
　9.3 自電容的組成
　9.4 平行板電容器的電容
　9.5 箔式繞組電感的自電容
　9.6 兩平行圓導(dǎo)線之間的電容
　9.6.1 帶電無限長導(dǎo)線之間的勢能
　9.6.2 兩條帶電無限長導(dǎo)線之間的勢能
　9.6.3 兩平行導(dǎo)線之間的電容
　9.7 圓導(dǎo)體與導(dǎo)體平面間的電容
　9.8 單層電感器的自電容
　9.9 多層電感器的自電容
　9.10 同軸電纜的電容
　9.11 總結(jié)
　9.12 參考文獻(xiàn)
　9.13 復(fù)習(xí)題
　9.14 習(xí)題
第10章 電感設(shè)計
　10.1 引言
　10.2 漆包線
　10.3 導(dǎo)線的絕緣
　10.4 電感設(shè)計的限制條件
　10.5 窗口利用系數(shù)
　10.5.1 導(dǎo)線的絕緣系數(shù)
　10.5.2 空氣和導(dǎo)線的絕緣系數(shù)
　10.5.3 填充系數(shù)
　10.5.4 骨架系數(shù)
　10.5.5 邊緣系數(shù)
　10.5.6 窗口利用系數(shù)的定義
　10.6 電感的溫升
　10.6.1 電感的溫升表達(dá)式
　10.6.2 環(huán)形磁芯電感的表面積
　10.6.3 罐形磁芯電感的表面積
　10.6.4 PQ形磁芯電感的表面積
　10.6.5 EE形磁芯電感的表面積
　10.7 電感繞組的平均匝長
　10.7.1 環(huán)形磁芯
　10.7.2 PC和PQ形磁芯
　10.7.3 EE形磁芯
　10.8 面積積法
　10.8.1 面積積法的通用表達(dá)式
　10.8.2 正弦工作的電感的面積積
　10.9 交流電感設(shè)計
　10.9.1 磁通密度的優(yōu)化
　10.9.2 交流電感設(shè)計實例
　10.10 連續(xù)電流模式時Buck變換器中的電感設(shè)計
　10.10.1 電感在方波電壓下工作的面積積Ap的推導(dǎo)
　10.10.2 利用面積積Ap方法設(shè)計連續(xù)電流模式下Buck變換器中應(yīng)用的電感
　10.11 利用面積積Ap方法設(shè)計在DCM工作條件下Buck變換器中應(yīng)用的電感
　10.12 磁芯幾何系數(shù)Kg法
　10.12.1 磁芯幾何系數(shù)Kg的通用表達(dá)式
　10.12.2 工作于正弦電流和電壓的交流電感
　10.12.3 CCM下PWM變換器中應(yīng)用的電感器
　10.12.4 DCM下PWM變換器中應(yīng)用的電感器
　10.13 利用Kg法設(shè)計CCM下Buck變換器中應(yīng)用的電感
　10.14 利用Kg法設(shè)計DCM下的Buck變換器中應(yīng)用的電感
　10.15 總結(jié)
　10.16 參考文獻(xiàn)
　10.17 復(fù)習(xí)題
　10.18 習(xí)題
第11章 變壓器的設(shè)計
　11.1 引言
　11.2 面積積法
　11.2.1 面積積Ap的推導(dǎo)
　11.2.2 變壓器繞組的磁芯窗口分配
　11.3 最佳磁通密度
　11.4 在連續(xù)導(dǎo)通模式下反激式轉(zhuǎn)換器中的變壓器設(shè)計
　11.4.1 變壓器設(shè)計的實際考慮
　11.4.2 方波電壓下工作的變壓器面積積
　11.4.3 面積積法
　11.5 DCM反激變壓器設(shè)計
　11.6 幾何常數(shù)Kg法
　11.6.1 幾何常數(shù)Kg的推導(dǎo)
　11.6.2 工作電流與電壓為正弦的變壓器
　11.6.3 工作于CCM模式下PWM轉(zhuǎn)換器中的變壓器
　11.6.4 工作于DCM模式下PWM轉(zhuǎn)換器中的變壓器
　11.7 采用Kg法設(shè)計工作于CCM模式的反激式轉(zhuǎn)換器中的變壓器
　11.8 采用Kg法設(shè)計工作于DCM模式的反激式轉(zhuǎn)換器中的變壓器
　11.9 總結(jié)
　11.10 參考文獻(xiàn)
　11.11 復(fù)習(xí)題
　11.12 習(xí)題附錄
　A 傅里葉級數(shù)
附錄B MATLAB介紹
習(xí)題答案

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁:第1章 磁性器件基礎(chǔ)1.1 引言許多電路都需要電感器和變壓器（1-47），通常它們是電路中體積最大、重量最重、價格最貴的元器件。電感器的主要特征是其具有儲存磁性的能力，而變壓器的特征則是其具有耦合不同繞組間磁通能力且能通過磁場將交變能量從輸入端傳輸出輸出端。變壓器傳輸能量的大小取決于工作頻率、磁通密度和工作溫度。變壓器可用做改變交流電壓和電流的大小，也有作為傳輸交流信號時直流隔離。通過磁通的疊加，變壓器能合并不同交流源的能量，交將這些能量傳輸?shù)揭粋€輸出或同時傳輸?shù)蕉嗤廨敵龆?。磁性元件是功率電子和電子工程其他領(lǐng)域的重要組成。電感器和變壓器的功率損耗和繞組的趨膚和鄰近效應(yīng)引起的損耗、磁性的渦流和磁滯損耗，其失效機(jī)理則主要來源于過高的溫升，所以它們的設(shè)計要同時滿足磁性與熱極限的需求。

編輯推薦

《國外電子與通信教材系列:高頻磁性器件》是面向電子工程專業(yè)的高年級學(xué)生和研究生使用的高頻功率磁性器件(高頻功率電感和高頻功率變壓器)的教材，也可作為功率電子和射頻功率放大器領(lǐng)域工程師的參考書籍。《國外電子與通信教材系列:高頻磁性器件》旨在提供分析與設(shè)計高頻功率磁性器件的基本原理。

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