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非晶与超微晶材料的应用-【金磁科技】

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2020.05.14
信息摘要:
一、开关电源用磁芯1.单端式变换器用磁芯单端式变换器主要要求磁芯剩余磁感应强度低,即Br/B较小。采用铁基超微晶低剩磁(Br/B≤0.2)材…

一、开关电源用磁芯
1.
单端式变换器用磁芯
单端式变换器主要要求磁芯剩余磁感应强度低,即Br/Bs较小。
采用铁基超微晶低剩磁 (Br/Bs≤0.2) 材料的磁芯,饱和磁感应强度 Bm=1.2T,剩磁 Br<0.2T ,初始磁导率 μi>2×104 ,最大磁导率 μm=5×104 ,损耗P0.35(10kHz)<18W/kg
这是因为单端式变换器磁芯工作在磁滞回线的第一象限,对材料的要求是具有大的 ΔB(ΔB=Bm Br),铁基超微晶材料的饱和磁感应强度 Bm=1.2T ,它无论经过怎样的磁场处理,都是不会变的,所以要使 ΔB 增大,只有采用低 Br的磁芯。特别对于单端反激主变压器,要求有足够的饱和磁感应强度 Bm 和合适的磁导率。因为单端反激电路中的主变压器要求储能,线圈储能的多少取决于两个因素:一是材料的工作磁感应强度 Be 或电感量 L;另一个是工作磁场 Hm 或工作电流 I 。储能W=L×I2 ,在一定的电流下,磁芯不能饱和。饱和磁感应强度 Bm由材料决定,低 Br 的磁芯利于恒磁导,使磁芯在一定的电流下不饱和。

 

2.全桥、半桥、推挽式变换器用磁芯
对于这种双端式变换器主要要求磁芯的饱和磁感应强度Bm高。
虽然铁基非晶材料的饱和磁感应强度Bm高,但是由于铁基非晶材料的工作频率较低 (<15kHz),频率高时,损耗增加,所以对于几百 kHz 以上的逆变电源是不适用的。而采用铁基超微晶中剩磁 (Br/Bs≤0.6)材料的磁芯。饱和磁感应强度 Bm=1.2T ,初始磁导率μi>8×104 ,最大磁导率 μm=45×104。损耗 P0.3(100kHz)<300W/kg ,工作频率高。
因为全桥、半桥、推挽式变换器中的变压器工作在双端,对 Br的要求不是很严格,它需要的是 2×Bm 。但若选用高Br 的磁芯,当电源功率较大时,容易产生饱和现象。为此,对于中、大功率的开关电源,可采用中 Br磁芯,这样还可使变压器有一定的电感量。特别对于谐振电源,一定的变压器电感可充当谐振电感,使全桥、半桥、推挽式电路产生谐振,达到 ZVS ZCS 软开关的作用。
但对于有的大功率的开关电源,为防止偏磁,也采用低剩磁 ( Br)磁芯。

 

二、扼流圈用磁芯
扼流圈用磁芯要求有一定的储能,所以要采用低剩磁,横磁导率的材料。
采用铁基非晶低剩磁( Br)材料磁芯,饱和磁感应强度 Bm=1.5T ,剩磁 Br<0.1T,恒磁导率 250 1200
扼流圈是阻止交流成份,只让直流通过的电感元件,所以直流电流和交流电流加在磁芯上时的磁特性,即直流偏磁特性是很重要的。具体地说,电感值应使得直流电流不易让磁芯饱和,而对于交流成分确是足够大的。为此作为材料特性,需要高饱和磁通密度 Bm ,磁导率恒定。

下面就几种材料的特性做一下对比,详见表 1
1 几种材料的特性对比

材料

饱和磁感应强度(T)

磁导率

损耗(W/kg)

铁基非晶扼流圈

1.5

2501200

P0.05(2kHz)<1.5

坡莫合金

0.75

根据形状和加气隙的不同而不同

P0.5(2kHz)<25

硅钢片

2

-

P1.0(1kHz)<20

铁氧体

0.4

-

P1.0(1kHz)<7.5

 

非晶扼流圈与坡莫合金、硅钢片、铁氧体相比可以提高工作频率、增强耐直流电流的能力、高温时仍保持高饱和磁通密度、降低功耗等优点。

 

三、非晶饱和磁芯
饱和磁芯主要是把磁芯当作一个 磁开关 ,当磁芯不饱和时,电感很大,相当于磁开关断开;当磁芯完全饱和时,电感很小,相当于磁开关短路。
采用钴基非晶合金磁芯,它具有高磁导率,低矫顽力,高矩比 (Bs/Br) ,低损耗等特点。饱和磁感应强度 Bm=0.5 0.8T ,矫顽力 Hc<2A/m


1.
自饱和电抗器
自饱和电抗器是希望磁芯做一个反应很快的开关,有一点电流就使磁芯很快饱和。所以应采用高剩磁( Br)材料,初始磁导率μi>5×104 ,最大磁导率μm>25×104,损耗 P0.5(20kHz)<35W/kg。主要用于消除开关电源的二次寄生振荡、消除尖峰等。

 

2.可饱和电抗器
可饱和电抗器是利用了磁芯未饱和与饱和后磁导率间的巨大差异来延迟电流以得到一段预置时间。这时可以将脉冲变压器传输过来的脉冲进行压缩,根据电流的大小来调节脉宽,从而可改变输出电压。利用可饱和电抗器的这一特点,就可以实现多路调节。因为采用一般的脉宽调节的开关电源只能对一组输出进行脉宽调节,改变输出电压,而不能做到几路输出电压都可调,利用可饱和电抗器,通过用电位器控制各输出电路的电流来改变各电路的脉宽,从而实现多路调节。现在国外已做出了通过电位器使十几路输出都可调节的电路。
所以可饱和电抗器应根据电流的大小和输出脉宽压缩情况来选择磁芯。例如需要大电流下还有一定脉冲压缩的,应使用低剩磁( Br)磁芯。总之要具体问题具体分析。
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