非晶與超微晶材料的應(yīng)用
胡蓓

(信息產(chǎn)業(yè)部20所,陜西西安710068)

摘要:結(jié)合應(yīng)用實(shí)例,重點(diǎn)介紹了在不同應(yīng)用場(chǎng)合選用非晶與超微晶材料的種類及其特點(diǎn),并與其它磁性材料作了對(duì)比.關(guān)鍵詞:鐵基非晶材料;鐵基超微晶材料;磁導(dǎo)率;矯頑力;損耗



非晶與超微晶材料的應(yīng)用




磁材料120×60×40磁芯.按照

E=4．44f×Bm×N×Sc×10-4(1)

式中:Bm——工作磁感應(yīng)強(qiáng)度,一般選在Bs/2處較

合適,既Bm選0．8T;

E——交流輸入電壓,V;

N——初級(jí)匝數(shù);

f——交流輸入電壓頻率,Hz;

Sc——磁芯有效截面積,cm2.

又因?yàn)?

Sc=(1/2)×D×(R-r)×h(2)

式中:D——磁芯的占空系數(shù),一般取0.65;

R——磁芯的外環(huán)直徑,cm;

r——磁芯的內(nèi)環(huán)直徑,cm;

h——磁芯的高度,cm.

所以Sc=(1/2)×D×(R-r)×h

=(1/2)×0．65×(12-6)×4

=7．8cm2

由式(1)可得:N==

=198匝

考慮銅損,N選200匝.

2)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證N=200匝時(shí),磁導(dǎo)率μe是否在磁芯材料參數(shù)的范圍之內(nèi),可利用式(3)N=104×(3)

式中:L——初級(jí)電感量,H;

lc——磁芯的平均磁路長(zhǎng)度,cm.

因?yàn)?

lc=1.57×(D+d)=1.57×(12+6)=28.26cm

L的計(jì)算如下:

在未繞成變壓器之前,初級(jí)電感量是不能測(cè)出的,但可以由式(4)推算出.=(4)

即可以先繞N1=10匝,測(cè)得L1=13mH,于是N=200匝時(shí)可得到L=L1×=13×=5.2H

由式(3)可得μe=×108=×108

=4×104

μe滿足μi=8×104的要求.說明變壓器初級(jí)匝數(shù)設(shè)計(jì)合理.

次級(jí)匝數(shù)可由電壓與匝數(shù)的變比求出,這里不再累述.

經(jīng)過實(shí)驗(yàn),這一理論計(jì)算可以帶起1kW負(fù)載,工作穩(wěn)定可靠.

3)設(shè)計(jì)時(shí)注意點(diǎn)

①Bm不能選的過高由于磁芯參數(shù)的分散性,使得在相同匝數(shù)下的電感量有差異,而且相差較多,若Bm取得太高,容易使磁芯飽和. ②怎樣判斷磁芯已進(jìn)入飽和?

——在淺飽和狀態(tài)下,增加初級(jí)電壓,次級(jí)電壓不增加,增加的能量全部被磁芯損耗掉;負(fù)載加重后,輸出電壓迅速下跌,負(fù)載能力下降,能量被磁芯損耗.

——在深飽和狀態(tài)下,初級(jí)電壓加不到220V磁芯就很燙,而且初級(jí)電壓再升高,次級(jí)電壓也不變,能量全部被磁芯損耗.

3開關(guān)電源用磁芯

3．1單端式變換器用磁芯

單端式變換器主要要求磁芯剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度低,即Br/Bs較小.

采用鐵基超微晶低剩磁(Br/Bs≤0.2)材料的磁芯,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.2T,剩磁Br<0.2T,初始磁導(dǎo)率μi>2×104,最大磁導(dǎo)率μm=5×104,損耗P0.35(10kHz)<18W/kg.

這是因?yàn)閱味耸阶儞Q器磁芯工作在磁滯回線的第一象限,對(duì)材料的要求是具有大的ΔB(ΔB=Bm-Br),鐵基超微晶材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.2T,它無論經(jīng)過怎樣的磁場(chǎng)處理,都是不會(huì)變的,所以要使ΔB增大,只有采用低Br的磁芯.特別對(duì)于單端反激主變壓器,要求有足夠的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm和合適的磁導(dǎo)率.因?yàn)閱味朔醇る娐分械闹髯儔浩饕髢?chǔ)能,線圈儲(chǔ)能的多少取決于兩個(gè)因素:一是材料的工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Be或電感量L;另一個(gè)是工作磁場(chǎng)Hm或工作電流I.儲(chǔ)能W=LI2,在一定的電流下,磁芯不能飽和.飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm由材料決定,低Br的磁芯利于恒磁導(dǎo),使磁芯在一定的電流下不飽和.





3．2全橋、半橋、推挽式變換器用磁芯

對(duì)于這種雙端式變換器主要要求磁芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm高.

雖然鐵基非晶材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm高,但是由于鐵基非晶材料的工作頻率較低(<15kHz),頻率高時(shí),損耗增加,所以對(duì)于幾百kHz以上的逆變電源是不適用的.而采用鐵基超微晶中剩磁(Br/Bs≤0.6)材料的磁芯.飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.2T,初始磁導(dǎo)率μi>8×104,最大磁導(dǎo)率μm=45×104.損耗P0.3/(100kHz)<300W/kg,工作頻率高.

因?yàn)槿珮颉霕?、推挽式變換器中的變壓器工作在雙端,對(duì)Br的要求不是很嚴(yán)格,它需要的是2Bm.但若選用高Br的磁芯,當(dāng)電源功率較大時(shí),容易產(chǎn)生飽和現(xiàn)象.為此,對(duì)于中、大功率的開關(guān)電源,可采用中Br磁芯,這樣還可使變壓器有一定的電感量.特別對(duì)于諧振電源,一定的變壓器電感可充當(dāng)諧振電感,使全橋、半橋、推挽式電路產(chǎn)生諧振,達(dá)到ZVS或ZCS軟開關(guān)的作用.

但對(duì)于有的大功率的開關(guān)電源,為防止偏磁,也采用低剩磁(低Br)磁芯.

3扼流圈用磁芯

扼流圈用磁芯要求有一定的儲(chǔ)能,所以要采用低剩磁,橫磁導(dǎo)率的材料.

采用鐵基非晶低剩磁(低Br)材料磁芯,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.5T,剩磁Br<0.1T,恒磁導(dǎo)率250~1200.

扼流圈是阻止交流成份,只讓直流通過的電感元件,所以直流電流和交流電流加在磁芯上時(shí)的磁特性,即直流偏磁特性是很重要的.具體地說,電感值應(yīng)使得直流電流不易讓磁芯飽和,而對(duì)于交流成分確是足夠大的.為此作為材料特性,需要高飽和磁通密度Bm,磁導(dǎo)率恒定.

下面就幾種材料的特性做一下對(duì)比,詳見表1.

表1幾種材料的特性對(duì)比材料飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度/T磁導(dǎo)率損耗/W/kg
鐵基非晶扼流圈1.5250~1200P0.05(2kHz)<1.5
坡莫合金0.75根據(jù)形狀和加氣隙的不同而不同P0.5(2kHz)<25
硅鋼片2P1.0(1kHz)<20
鐵氧體0.4P1.0(1kHz)<7.5
非晶扼流圈與坡莫合金、硅鋼片、鐵氧體相比可以提高工作頻率、增強(qiáng)耐直流電流的能力、高溫時(shí)仍保持高飽和磁通密度、降低功耗等優(yōu)點(diǎn).

4非晶飽和磁芯

飽和磁芯主要是把磁芯當(dāng)作一個(gè)“磁開關(guān)”,當(dāng)磁芯不飽和時(shí),電感很大,相當(dāng)于磁開關(guān)斷開;當(dāng)磁芯完全飽和時(shí),電感很小,相當(dāng)于磁開關(guān)短路.

采用鈷基非晶合金磁芯,它具有高磁導(dǎo)率,低矯頑力,高矩比(Bs/Br),低損耗等特點(diǎn).飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=0.5~0.8T,矯頑力HC<2A/m.

1)自飽和電抗器

自飽和電抗器是希望磁芯做一個(gè)反應(yīng)很快的開關(guān),有一點(diǎn)電流就使磁芯很快飽和.所以應(yīng)采用高剩磁(高Br)材料,初始磁導(dǎo)率μi>5×104,最大磁導(dǎo)率μm>25×104,損耗P0.5(20kHz)<35W/kg.主要用于消除開關(guān)電源的二次寄生振蕩、消除尖峰等.

2)可飽和電抗器

可飽和電抗器是利用了磁芯未飽和與飽和后磁導(dǎo)率間的巨大差異來延遲電流以得到一段預(yù)置時(shí)間.這時(shí)可以將脈沖變壓器傳輸過來的脈沖進(jìn)行壓縮,根據(jù)電流的大小來調(diào)節(jié)脈寬,從而可改變輸出電壓.利用可飽和電抗器的這一特點(diǎn),就可以實(shí)現(xiàn)多路調(diào)節(jié).因?yàn)椴捎靡话愕拿}寬調(diào)節(jié)的開關(guān)電源只能對(duì)一組輸出進(jìn)行脈寬調(diào)節(jié),改變輸出電壓,而不能做到幾路輸出電壓都可調(diào),利用可飽和電抗器,通過用電位器控制各輸出電路的電流來改變各電路的脈寬,從而實(shí)現(xiàn)多路調(diào)節(jié).現(xiàn)在國(guó)外已做出了通過電位器使十幾路輸出都可調(diào)節(jié)的電路.
所以可飽和電抗器應(yīng)根據(jù)電流的大小和輸出脈寬壓縮情況來選擇磁芯.例如需要大電流下還有一定脈沖壓縮的,應(yīng)使用低剩磁(低Br)磁芯.總之要具體問題具體分析.

參考文獻(xiàn)
[1]張占松,蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)
出版社,1998.
[2]非晶態(tài)合金.北京國(guó)家非晶中心,內(nèi)部資料.
[3]廖湘恩.磁放大器原理[M].國(guó)防工業(yè)出版社,1980.
作者簡(jiǎn)介
胡蓓(1971-),女,大學(xué)本科,工程師.主要從事雷達(dá)發(fā)射機(jī)電源的研制和開發(fā).

哥們,為什麼不用文件格式?那樣適合網(wǎng)友們收藏啊,而且版面也不會(huì)拉得很長(zhǎng)的.

好的,下次用PDF格式!

謝謝支持

開關(guān)電源中的磁性原件.pdf1118283719.part1.rar1118283826.part2.rar1118283908.part3.rar

鐵氧體材料.pdf1118284071.pdf

部分變壓器參考尺寸圖1118284995.rar

SMD電感器資料1118286971.rar

頂!!,謝謝你提供的資料

有半橋全橋(INVERTER)變壓器設(shè)計(jì)資料嗎

這位是做變壓器的么?半橋的資料現(xiàn)在沒有電子檔,要掃描出來.如果急的話我可以幫你設(shè)計(jì)!

看來還得努力啊我...

大俠,幫忙計(jì)算下20KW,100KHZ,輸入520左右雙向矩形波,輸出穩(wěn)壓24V,現(xiàn)在初步選用的鐵心是環(huán)行微晶IO130-90-50,外徑130mm,內(nèi)徑90mm高50mm,有效截面積7平方厘米,最大磁場(chǎng)強(qiáng)度1.2T.
   拜托大俠計(jì)算下繞組匝數(shù),繞線直徑等參數(shù),畢業(yè)設(shè)計(jì)需要,明天就要交了,萬分著急,謝謝

正激變換器中變壓器的設(shè)計(jì)1118302720.doc

單端反激開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)1118302835.doc

非晶我還沒設(shè)計(jì)過!
大概試一下以下參數(shù)!
LP:20匝,用0.1*55股
LS:1匝,用0.2*100股
有了解微晶請(qǐng)指點(diǎn)!

30kHz高頻開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì) 1118304991.doc

參考一下18貼-30kHz高頻開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)

小功率變壓器.PDF1118364776.part1.rar1118364823.part2.rar

中文版變壓器設(shè)計(jì)軟件需要的請(qǐng)到QQ群10330793高壓電源技術(shù)群

變壓器傳遞函數(shù)的系統(tǒng)辯識(shí)1118367908.doc

謝謝你的熱心與幫助!
以后還要請(qǐng)多多幫忙啊!

高壓諧振變壓器的研究.pdf1118726692.pdf

謝謝啦!!!

頂,頂,頂

多謝!多謝!

你好,我需要一份中文版的變壓器設(shè)計(jì)軟件,能給我一份嗎?我的郵箱:lxr6991997@163.com  謝謝了

好人哪!!!!太無私了.值得學(xué)習(xí),

多謝