引言：
就目前的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，磁性元器件是電源中不可或缺的器件，磁性材料的應(yīng)用是為了實(shí)現(xiàn)用較小的元器件尺寸產(chǎn)生足夠的磁場(chǎng)（電源中的通常是軟磁材料——?jiǎng)?lì)磁和退磁較容易，如常用的硅鋼片、非晶、納米晶和鐵氧體或者磁粉芯系列材料），那么磁性材料是如何表現(xiàn)出磁性的呢？下面描述磁性材料的磁化過(guò)程。
開(kāi)關(guān)電源中'規(guī)則磁'的便利性：
再次強(qiáng)調(diào)一下，我們之前提到的'規(guī)則磁'概念，開(kāi)關(guān)電源無(wú)論變壓器或者電感，磁路都是被磁性材料限制的一個(gè)閉合回路，以鐵磁性材料做成的電感說(shuō)明，磁通或磁力線被限制在低磁阻的磁芯中，這為我們用法拉第定律或安培環(huán)路定理的計(jì)算提供了諸多便利（前幾節(jié)我們推導(dǎo)電感公式和氣隙均用到安培環(huán)路定理），如下圖是環(huán)形電感中磁力線（虛線）在磁芯中分布的示意圖，其中圓圈'X'表示電流流進(jìn)線圈，圓圈'·'表示電流流出線圈，磁力線方向用右手螺旋定則可以判斷。
用較小的磁化電流'I'就可以產(chǎn)生相比空心電感大的多的磁通量，那么磁性材料為何有如此功效即產(chǎn)生磁場(chǎng)的能力能夠大大增強(qiáng)，從而為減小磁性元器件的體積做出巨大貢獻(xiàn)（試想一個(gè)空心電感如要做到微亨或毫亨，體積是可想而知），所以我們很有必要知道鐵磁材料的磁化原理。
鐵磁性：某些材料的磁矩的凈效應(yīng)遠(yuǎn)大于順磁性或抗磁性的情況，這種現(xiàn)象稱為鐵磁性，在順磁性或抗磁性材料中，感生或感應(yīng)（磁化后）磁矩往往很微弱，無(wú)需考慮這類材料產(chǎn)生的附加場(chǎng)，對(duì)鐵磁性材料來(lái)說(shuō)，由外加磁場(chǎng)所感生或感應(yīng)的磁矩會(huì)非常大，對(duì)場(chǎng)起著支配作用。
磁性材料的磁化：一般而言物質(zhì)的磁化需要外磁場(chǎng)，被磁化的物質(zhì)稱為磁介質(zhì)，前面我們提到的鐵磁物質(zhì)，將這類物質(zhì)放置在外磁場(chǎng)中，感生或感應(yīng)磁場(chǎng)會(huì)顯著增強(qiáng)，磁場(chǎng)使得鐵磁物質(zhì)呈現(xiàn)磁性的現(xiàn)象稱為鐵磁物質(zhì)的磁化，鐵磁物質(zhì)之所以能夠被磁化，是因?yàn)檫@類物質(zhì)相比于非磁性物質(zhì)，在其內(nèi)部存在許多自發(fā)磁化的區(qū)域（具有單一磁化方向的區(qū)域）——'磁疇'。磁化前，如下圖各個(gè)磁疇內(nèi)部磁場(chǎng)方向，磁疇的磁場(chǎng)方向雜亂無(wú)章，磁疇之間的磁場(chǎng)是相互抵消的，對(duì)外表現(xiàn)不表現(xiàn)磁性。
磁化后，若將磁性材料放置在磁場(chǎng)中，我們還是用一個(gè)環(huán)形磁芯電感來(lái)舉例，經(jīng)過(guò)外加磁場(chǎng)的作用，內(nèi)部各磁疇順著磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，加強(qiáng)了內(nèi)部磁場(chǎng)或感生或感應(yīng)磁場(chǎng)，隨著磁場(chǎng)外磁場(chǎng)的增強(qiáng)，同外磁場(chǎng)方向一致的磁疇會(huì)越來(lái)越多，磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，磁性材料對(duì)外表現(xiàn)了磁性，這就是磁化的過(guò)程。
極限磁化即磁化飽和：什么是極限磁化，如下圖，當(dāng)外部磁場(chǎng)增大到一定程度，鐵磁材料中各個(gè)磁疇方向和外部磁場(chǎng)完全保持一致，所有的磁疇隨著外磁場(chǎng)的增加已經(jīng)無(wú)法在轉(zhuǎn)動(dòng)表現(xiàn)出多余的感生磁場(chǎng)了，這就是極限磁化，我們?cè)谧儔浩骰螂姼兄型ǔ７Q為磁芯飽和，這里的飽和很好理解吧，其含義就是磁化達(dá)到極限的意思。如鐵氧體，磁通極限或飽和密度Bs通常在0.3T~0.4T之間，這是鐵氧體材料特性決定的，飽和后電感量會(huì)迅速減小，也意味著沒(méi)有再產(chǎn)生多余感生磁場(chǎng)的能力了。
上面就是鐵磁物質(zhì)（磁性物質(zhì)或良導(dǎo)磁材料）的磁化原理，鐵磁材料或磁性材料的內(nèi)部磁疇是理解磁化的關(guān)鍵，再者要清楚磁性材料的飽和或極限磁化，這是我們工程應(yīng)用中經(jīng)常碰到的問(wèn)題，理解它，你才能更好地理解磁性元器件的工作狀態(tài)。
接著我們?cè)偻ㄟ^(guò)磁化曲線的方式來(lái)說(shuō)明磁化過(guò)程中磁疇的'轉(zhuǎn)動(dòng)'情況以及外磁場(chǎng)H和感生或感應(yīng)磁場(chǎng)B的曲線關(guān)系。
上面我們已經(jīng)提到了鐵磁物質(zhì)磁疇的概念，下圖依然是磁疇的示意圖，磁場(chǎng)方向雜亂無(wú)章，對(duì)外并不表現(xiàn)磁性。
磁性材料的磁化過(guò)程曲線描述：若將一塊完全未被磁化的鐵磁物質(zhì)放置在磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度（H）從零逐漸連續(xù)增大，測(cè)量鐵磁物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（B），得到磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）和磁場(chǎng)強(qiáng)度（H）之間的關(guān)系，并用B-H兩個(gè)量繪制曲線，該曲線就稱為磁化曲線，從零磁化狀態(tài)到飽和的磁化曲線也稱為初始磁化曲線。
如下圖示是未被磁化的鐵磁材料，即當(dāng)外加激勵(lì)磁場(chǎng)H=0時(shí)，鐵磁材料的磁疇內(nèi)部雜亂無(wú)章，對(duì)外并不表現(xiàn)磁性。
如下圖示，當(dāng)外加激勵(lì)磁場(chǎng)H逐漸增大時(shí)，首先和外加磁場(chǎng)方向相近的磁疇發(fā)生'轉(zhuǎn)動(dòng)'，鐵磁材料表現(xiàn)出磁性；
如果外加磁場(chǎng)H繼續(xù)加強(qiáng)，鐵磁材料中與外磁場(chǎng)方向不同的磁疇繼續(xù)'轉(zhuǎn)動(dòng)'，鐵磁材料表現(xiàn)出更強(qiáng)的磁性，磁疇基本都同外磁場(chǎng)'趨于'相同。
隨著外加磁場(chǎng)H的進(jìn)一步加強(qiáng)，鐵磁材料的磁疇方向和外加磁場(chǎng)外加完全一致，鐵磁材料達(dá)到最大磁通，出現(xiàn)'極限磁化'即磁芯飽和，這時(shí)候外加磁場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，但鐵磁材料的磁通不會(huì)再增加，磁通密度達(dá)到最大值Bs。
以上就是鐵磁材料的磁化機(jī)理表示法，弄清楚磁化機(jī)理對(duì)我們理解電感和變壓器都有巨大的幫助，尤其是我們常常碰到的電感和變壓器飽和問(wèn)題，為什么對(duì)它們倆禁止出現(xiàn)飽和，這是因?yàn)轱柡秃螅瑳](méi)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的磁疇，磁通密度達(dá)到某種鐵磁材料的最大值，如果再增大外加磁場(chǎng)激勵(lì)，電感已經(jīng)沒(méi)有產(chǎn)生更大磁通密度的能力，也就沒(méi)有阻礙電流的能力了，因此就是一條導(dǎo)線，這對(duì)于變壓器是相當(dāng)危險(xiǎn)的一件事。
飽和舉例：如下圖是全橋拓?fù)?，?紅線'路徑，假如變壓器飽和，那么母線'U'就會(huì)被短路，這時(shí)候如果沒(méi)有保護(hù)措施或者保護(hù)響應(yīng)時(shí)間不夠，包括電路中的功率開(kāi)關(guān)管、變壓器線圈等會(huì)一并燒毀。
脈寬調(diào)制PWM情況下，變壓器飽和導(dǎo)致的變壓器勵(lì)磁電流'i'出現(xiàn)非線性增長(zhǎng)，如圖紅色'冒尖'即電流出現(xiàn)短路式增長(zhǎng)。
更為嚴(yán)重的是，隨著飽和問(wèn)題的加重，紅色冒尖部分會(huì)更大，隨著時(shí)間的累積，功率開(kāi)關(guān)如場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET以及變壓器原邊線圈（最后會(huì)因熱傳導(dǎo)傷及副邊線圈）會(huì)損壞和燒毀。
所以對(duì)磁性元器件來(lái)說(shuō)，不允許出現(xiàn)極限磁化，以防止變壓器等磁性元器件出現(xiàn)飽和問(wèn)題。
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