磁性器件中磁芯的選用及設(shè)計

1、磁性器件中磁芯的選用及設(shè)計磁性器件中磁芯的選用及設(shè)計開關(guān)電源中使用的磁性器件較多，不同的器件對材料的性能要求各不相同。其中常用軟磁器件的有：作為開關(guān)電源核心器件的主變壓器(高頻功率變壓器)、共模扼流圈、高頻磁放大器、濾波阻流圈、尖峰信號抑制器等。本文僅以高頻功率變壓器與脈沖變壓器對磁芯材料的不同要求做闡述。(一)、高頻功率變壓器變壓器鐵芯的大小取決于輸出功率和溫升等。變壓器的設(shè)計公式如下：P=KfNBSI106T=hcPchWPW其中，

2、P為電功率；K為與波形有關(guān)的系數(shù)；f為頻率；N為匝數(shù)；S為鐵芯面積；B為工作磁感；I為電流；T為溫升；Pc為鐵損；PW為銅損；hc和hW為由實驗確定的系數(shù)。由以上公式可以看出：高的工作磁感B可以得到大的輸出功率或減少體積重量。但B值的增加受到材料的Bs值的限制。而頻率f可以提高幾個數(shù)量級，從而有可能使體積重量顯著減小。而低的鐵芯損耗可以降低溫升，溫升反過來又影響使用頻率和工作磁感的選取。一般來說，新晨陽電容電感開關(guān)電源對材料的主要要求是

3、：盡量低的高頻損耗、足夠高的飽和磁感、高的磁導(dǎo)率、足夠高的居里溫度和好的溫度穩(wěn)定性，有些用途要求較高的矩形比，對應(yīng)力等不敏感、穩(wěn)定性好，價格低。單端式變壓器因為鐵芯工作在磁滯回線的第一象限，對材料磁性的要求有別于前述主變壓器。它實際上是一只單端脈沖變壓器，因而要求具有大的B=BmBr，即磁感Bm和剩磁Br之差要大，同時要求高的脈沖磁導(dǎo)率。特別是對于單端反激式開關(guān)主變壓器，也稱儲能變壓器，要考慮儲能要求。線圈儲能的多少取決于兩個因素：一個

4、是材料的工作磁感Bm值或電感量L，另一個是工作磁場Hm或工作電流I，儲能W=12LI2。這就要求材料有足夠高的Bs值和合適的磁導(dǎo)率，常為寬恒導(dǎo)磁材料。對于工作在Bm之間的變壓器來說，要求其磁滯回線的面積，特別是在高頻下的回線面積要小，同時為降低空載損耗、減小勵磁電流，應(yīng)有高磁導(dǎo)率，最合適的為封閉式環(huán)形鐵芯，這種鐵芯用于雙端或全橋式工作狀態(tài)的器件中。通常，新晨陽電容電感金屬晶態(tài)材料要降低高頻下的鐵損是不容易的，而對于非晶合金來說，由于其不

5、存在磁晶各向異性、金屬夾雜物和晶界等，此外它還不存在長程有序的原子排列，其電阻率比一般的晶態(tài)合金高2～3倍，加之快冷方法一次形成厚度15～30微米的非晶薄帶，特別適用于高頻功率輸出變壓器。非金合金已廣泛應(yīng)用于逆變弧焊電源、單端脈沖變壓器、高頻加熱電源、不停電電源、功率變壓器、通訊電源、開關(guān)電源變壓器和高能加速器等鐵芯，磁感應(yīng)材料當采用附加直流偏磁時，要求鐵芯具有高矩形比，小矯頑力Hc。④小功率脈沖變壓器要求鐵芯的起始脈沖磁導(dǎo)率高⑤損耗小