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最近又了解新東西了，那就是氣隙，電感的氣隙或者是變壓器的氣隙。
總有人喊我大佬，我知道，他們只是不知道怎么稱呼我而已。說(shuō)出來(lái)我也不怕掉粉，在不久之前，我甚至都不知道氣隙是什么。我原來(lái)以為，變壓器磁芯中間那個(gè)缺口存在的原因，只是因?yàn)樯a(chǎn)不方便，或是為了繞線方便。
以前工作中用得最多的也就是電感了，電感選擇也很簡(jiǎn)單，看下電感量，額定電流，溫升電流，封裝屏蔽性能，再留些裕量基本差不多了。變壓器也只在做隔離 POE 的時(shí)候用過(guò)，型號(hào)也是直接指定，所以也不需要我去詳細(xì)了解。我相信，大多數(shù)硬件工程師也是我這種狀態(tài)吧。那么，是不是我們沒(méi)有了解磁芯和氣隙的必要呢？當(dāng)然是有必要的，我在學(xué)習(xí)磁芯的時(shí)候，感覺(jué)對(duì)電感和變壓器的理解更清晰了，這種清晰的感覺(jué)讓人很舒服。
下面我們就進(jìn)入正文（下文同步插入視頻動(dòng)畫(huà)講解）。
什么是氣隙？
磁芯的氣隙，是指一部分磁路是由空氣構(gòu)成，故稱為空氣間隙，簡(jiǎn)稱氣隙。如 EI 型磁芯，E 和 I 的結(jié)合總存在縫隙，磁路就有氣隙。圓形磁環(huán)中間開(kāi)個(gè)缺口，缺口處就是氣隙。
氣隙有什么用？
①氣隙可以減小磁導(dǎo)率
②增大飽和電流
③增大儲(chǔ)存能量的能力
④也可以減小剩磁
那為什么有這些作用呢？
下面從微觀的角度來(lái)解釋下這些作用產(chǎn)生的原因。
現(xiàn)在有一個(gè)圓形磁環(huán)，我們繞上線圈，通上正好使磁芯飽和的電流。正好飽和，說(shuō)明里面所有的磁疇都已經(jīng)有序排列了。
這時(shí)在磁環(huán)上開(kāi)個(gè)氣隙，去除掉一部分磁芯，那么這一部分磁疇也就被去掉了。原來(lái)在氣隙處的磁疇是有序排列的，相當(dāng)于是一個(gè)小磁鐵，所以對(duì)氣隙旁邊的磁疇的有序排列有正向的作用力，現(xiàn)在被去掉了，所以作用力消失。氣隙旁邊的磁疇原來(lái)是恰好可以全部都有序排列的，現(xiàn)在受到的正向作用力變小了，所有就不能全部有序排列了，磁性變小，進(jìn)一步導(dǎo)致氣隙旁邊的旁邊的磁疇受到的作用力也變小，也沒(méi)有全部有序排列，這樣一個(gè)傳一個(gè)，整個(gè)磁芯的磁疇沒(méi)有有序排列的更多。因此，這個(gè)開(kāi)了氣隙的磁環(huán)是沒(méi)有磁飽和的。
要想使磁疇再次全部有序排列，我們必須通上更大的電流，直到再次飽和。
因此，可以看出，增加氣隙，飽和電流增大了。并且從整體上看，磁疇總的有序排列變少，那么產(chǎn)生的磁通也變小了，即磁導(dǎo)率變小了。也可以看出，氣隙的增加，從整體上看，弱化了磁疇間的正向相互作用力，因此在沒(méi)有電流的時(shí)候，剩磁變小了。
假定沒(méi)有氣隙時(shí)，完全磁飽和對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為 Bm，那么加了氣隙以后，增大電流，使磁環(huán)的所有磁疇再次達(dá)到飽和，這時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)該是多少呢？我們假想一下，磁環(huán)里面的所有磁疇在飽和電流時(shí)全部排列，也就是最難偏轉(zhuǎn)的那個(gè)磁疇在此時(shí)正好偏轉(zhuǎn)，無(wú)論我們加不加氣隙，要是那個(gè)最難的磁疇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所以它所在的地方的磁場(chǎng)強(qiáng)度就是 Bm。所以加了氣隙之后，飽和時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度還是 Bm，相對(duì)于之前沒(méi)有變化。
磁場(chǎng)能量密度為單位體積所包含的磁場(chǎng)能，其公式為 B 的平方除以 2μ，磁芯的儲(chǔ)能不變。而氣隙處的磁導(dǎo)率μ變成了空氣，空氣的磁導(dǎo)率一般只有磁環(huán)材料的幾十分之一到幾千分之一，因此，在氣隙處的儲(chǔ)能密度提升了成百上千倍。
因此，氣隙增大了存儲(chǔ)能量的能力。
那么氣隙是越大越好嗎？顯然也不是的，因?yàn)闅庀蹲畲蟮臅r(shí)候就是沒(méi)有磁環(huán)，也就是空芯電感，理論上空芯電感永不飽和，儲(chǔ)能沒(méi)有上限，只要電流夠大。而實(shí)際中我們的電流總是有上限的，太大導(dǎo)線也承載不了。
事實(shí)上，我們說(shuō)氣隙增大了儲(chǔ)能上限，說(shuō)的是在各自都飽和情況下的儲(chǔ)能。而在都不飽和的情況下，通上相同的電流，不加氣隙的儲(chǔ)能更高，因?yàn)槟芰棵芏裙降扔诙种坏摩坛艘?H 的平方，相同電流時(shí)，H 相同，而不加氣隙時(shí)磁導(dǎo)率更高。氣隙太大，會(huì)因?yàn)榇艑?dǎo)率太低，所以電感感量很難做上去，所以我們需要選擇合適的氣隙大小。
合適的氣隙大小
那么，什么是合適的氣隙大小呢？
在電路設(shè)計(jì)中，輸入輸出電流的最大值，還有電感值通常是確定的。所以我們?cè)诒ＷC通以最大電流時(shí)，電感磁芯不發(fā)生飽和，因此氣隙不能太小，否則很容易飽和。同時(shí)考慮成本、體積等因素，又要盡量減小氣隙，這樣才能以更小的體積實(shí)現(xiàn)更大的感量，兩者綜合的結(jié)果，就是一個(gè)合適的氣隙大小。當(dāng)然，這只是從會(huì)不會(huì)磁飽和這一方面來(lái)考慮，實(shí)際中則更為復(fù)雜，需要考慮材料類(lèi)型，溫度，損耗，漏感等等各個(gè)方面。
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磁滯回線的變化
我們來(lái)看下加氣隙之后，磁滯回線的變化，這會(huì)使我們進(jìn)一步理解加氣隙的影響。
橫軸是電流產(chǎn)生的磁場(chǎng) H，縱軸是加磁性磁性材料后總的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B。我們依次來(lái)看不加氣隙，小氣隙，大氣隙，以及空芯的磁滯回線。完全磁飽時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度都為 Bm，磁滯在沒(méi)有氣隙的時(shí)候最大。因?yàn)榇艌?chǎng) H 主要與電流相關(guān)，所以橫軸也可以看作是電流的大小，飽和電流隨著氣隙的增大而增大。
儲(chǔ)能密度為二分之一的 BH，儲(chǔ)能大小為所形成矩形面積的一半，所以都飽和時(shí)，儲(chǔ)能隨著氣隙的增大而增大。
而在都不飽和，通上相同的電流時(shí)，反而是沒(méi)有氣隙時(shí)的儲(chǔ)能最大。
總結(jié)一下
1、氣隙可以減小磁導(dǎo)率
2、氣隙可以增大飽和電流
3、氣隙可以增大儲(chǔ)能上限
4、氣隙可以減小剩磁
5、設(shè)計(jì)需要選擇合適的氣隙大小
下面這個(gè)視頻為《電感常用的磁芯種類(lèi)》（制作一般）
下面這個(gè)視頻為《磁芯的氣隙》 （耗時(shí)最長(zhǎng)，有動(dòng)畫(huà)噢，推薦?。?/p>
