华翔电力

硬件的最后一个堡垒是“电源”。这个论断是我的好友、我身边的硬件大师Peter帮我得出。这位浙江大学的天材生，和我同龄人，2001年研究生毕业后就一直在通信相关行业做硬件。他的结论是，过去的10多年里，嵌入式类硬件越来越简单，模拟电路相关的复杂的活都被芯片集成了，工程师耐心地对着 Application notes布好线就行了。 当然，随着高速信号越来越高，干扰问题其实越来越难解决，嵌入式硬件应该没他说的那么简单：-）  高手搞通了之后觉得啥都简单。

上面说的“电源”，在同行心中是指AC/DC电源。AC/DC技术领域可以理解为包括了DC/DC。AC/DC是PFC+DC/DC。DC/AC电源的研究，软件大于硬件。DC/AC多是“大家伙”，硬件创新很少。小功率的双向电源是今年各家发力的重点。

电源，人们常说，三分电七分磁。我们对初级工程师的理论训练，从二极管/电容到三极管/采样电路，MOS管/驱动电路，最后到磁性器件/拓朴。我们曾经集中优势兵力，连续8周，每周一晚上不同的人讲解磁性器件设计，最终的成果应该能超越当前所有教科书上的那些。

当然，电源的最高境界是EMC和结构设计。对于一个勤奋而且有悟性的电源工程师来说， 胜任EMC和结构设计，至少8年以上了。

Fred Lee就是研究电源而蛮声世界的，中国和美国双院士。他领导的VPEC俨然成为一座灯塔（假以时日，下一座灯塔应该出现在中国）。我的恩师阮大师在技术上傲视群雄，唯有对Fred Lee还是很尊崇的。最近有幸近距离聆听了Fred Lee的演讲。这位73岁的老先生，比任正非小2岁，看上去还很年轻。他迷上了GaN。Fred Lee在演讲的最后说，“我的热情是什么呢？我不是说我要改进它的性能，也不是要提升他的功率密度，我是说我要做别人以前做不到的，提高他的电磁兼容。更重要的一件事，以前一直想做的是生产能力，把这些东西都变成生产自动化，不要人工。 我觉得这件事情才是一件大事，如果用宽禁带做这个工作，能够整个改变设计生产的模式，我认为是对我们电力电子是一个很大的贡献。”

我一直有一种预感，GaN成熟之后，电源这个硬件堡垒就被攻破了。大功率的电源模块化都很容易实现了。磁性器件成了另外概念。但是，现在，当下，电源工程师必须掌握透彻磁性器件的设计，才算对电源入门。

今天周强君奉献的的变压器文章，是他对变压器学习和设计心得的精华提炼。推荐指数5个星。欢迎电源工程师们转发和收藏，欢迎切磋。

                                                   ——   汪进进

在开关电源进行能量转换过程中，绕不开磁芯器件——变压器和电感。变压器和电感的设计也往往是开关电源设计中的难点。按照我的理解，变压器的设计包括两部分。第一部分是主要参数的设计，主要包括：选择磁芯、匝比、匝数、感量、漏感、气隙这些。这一部分也相对比较简单一些。第二部分主要包括磁集成设计、寄生参数设计、高频效应与损耗，这一部分理解起来就比较困难。这篇文章试图结合自己的理解对变压器的主要参数设计总结一下。

1）变压器电感中的电和磁

2）选择磁芯

3）匝比匝数

4）设计感量与气隙

5）设计漏感

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 变压器电感中的电和磁

磁场是由电流产生的，有电流流过的地方就会产生磁场。磁铁中的物理磁场也是由材料中原子内电子旋转形成的。磁场看不见摸不着，常用磁场线来描述它。磁场线一定是一个闭合回路，无论走多远总会回到起点。

图1  直流电流组成的空心线管形成的磁场及曲线

这里直接给出几个公式：

磁场强度：

（N为匝数，i为导线电流，l为导线组成一匝回路长度）

磁感应强度：

（μ为磁导率）

单匝导线回路面积走过的磁通：

（A为导线回路的面积）

磁场强度H反映的是产生磁场的电流本身的特性，与电流大小，长度，闭合回路有关。磁感应强度B，除了与H有关（也就是电流本身特性），还与电流产生的磁场所在的环境有关，也就是导磁材料（磁导率μ）有关。如果电流导体绕在在例如铁磁芯上，产生的磁感应强度就比在空气中大很多。当然产生的磁场强度是一样的。上面提到的磁场线，描述的就是磁感应强度，而不是磁场强度。单位面积垂直走过的磁场线为磁通密度也叫磁感应强度。

1）电感与自感系数L

对于电感而言其自感系数L的定义为：

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