超微晶磁芯及其在開關(guān)電源中的應(yīng)用

1、超微晶磁芯及其在開關(guān)電源中的應(yīng)用微晶磁芯具有較高的飽和磁感應(yīng)強度(1.l12t)，高磁導(dǎo)率，低矯頑力，低損耗及良好的穩(wěn)定性、耐磨性、耐蝕性，同時具有較低的價格，在全部的金屬軟磁材料芯中具有最佳的性價比。用于制作微晶鐵芯的材料被譽為”綠色材料”，廣泛應(yīng)用于取代硅鋼，坡莫合金及鐵氧體，作為各種形式的高頻(20100 khz)中的大中小功率的主、控制變壓器、波、儲能電感、電抗器、磁、飽和電抗器磁芯、共模電感和差模電感磁芯、idsn微型隔離變壓器磁芯，也廣泛應(yīng)用于各種類同精度的互感器磁芯。1 超微晶磁芯的主要特點vitroperm 500f鐵基超微晶磁芯具有以下特點：1)極高的初始磁導(dǎo)率，=30 00

2、080 000，且磁導(dǎo)率隨磁通密度和溫度的變幻十分小；2)磁芯損耗極低，并且在一40+120范圍內(nèi)不隨溫度而變幻；3)十分高的飽和磁通密度(bs=12t)，允許挑選較低的開關(guān)頻率，能降低開關(guān)電源及emi濾波器的成本；4)磁芯采納環(huán)氧樹脂封裝，機械強度高，無磁滯伸縮現(xiàn)象，能承受強振動；5)可取代傳統(tǒng)的鐵氧體磁芯以減小開關(guān)電源的體積提高牢靠件超微晶磁芯的型號無數(shù)，所傳輸?shù)墓β士蓮?0 w到11kw。幾種常用磁性材料的性能比較見表1。2 超微晶磁芯在開關(guān)電源中的應(yīng)用2.1 超微晶磁芯材料在高頻變壓器中的應(yīng)用目前，高頻變壓器普通選用鐵氧體磁芯。vitroperm 5oof鐵基超微晶磁芯與德國兩門子公司

3、生產(chǎn)的n67系列鐵氧體磁芯的性能比較，1所示。圖1(a)為磁導(dǎo)率的相對變幻率與溫度的關(guān)系曲線；圖1(b)為磁感應(yīng)強度(b)與矯頑力(h)的關(guān)系曲線；圖1(c)則為損耗溫度曲線。由圖l(a)可見，超微晶磁芯的磁導(dǎo)率隨溫度的變幻量遠遠低于鐵氧體磁芯，可提高開關(guān)電源的穩(wěn)定性和牢靠性。由圖l(b)可見，超微晶磁芯的b乘積比鐵氧體磁芯高許多倍，這意味著可大大減小高頻變壓器的體積及分量。由圖1(c)可見，當(dāng)溫度發(fā)生變幻時，超微晶磁芯的損耗遠低于鐵氧體磁芯。此外，鐵氧體磁芯的居里點溫度較低，在高溫下簡單退磁。若采納超微晶磁芯制作變壓器，即可將工作時的磁感應(yīng)強度變幻量從o4t提高到1ot，使功率開關(guān)管的工作頻

4、率降低到100khz以下。2.2 超微晶磁芯在共模電感中的應(yīng)用采納超微晶磁芯制作共模電感(亦稱共模扼流圈)時，只須繞很少的匝數(shù)，即可獲得很大的電感量，從而降低了銅損，節(jié)約了線材，減小了共模電感的體積。用超微晶磁芯制成的共模電感具有很高的共模插入損耗，能在很寬的頻率范圍內(nèi)對共模干擾起到抑制作用，因而不需要用法復(fù)雜的濾波。分離用鐵氧體磁芯、超微晶磁芯制成共模電感，二者的形狀比較2所示。23 超微晶磁芯在emi濾波器中的應(yīng)用由vac公司生產(chǎn)的鈷基超微晶磁芯vit-rovac 6025z，可廣泛用于開關(guān)電源的eml濾波器中，能有效地抑制由迅速變幻所產(chǎn)生的尖峰。在超微晶磁芯上繞一圈或幾圈銅線，即可制成一

5、個尖峰抑制器，其構(gòu)造十分容易，而對噪聲干擾的抑制效果十分好。vitrovac 6025z超微晶磁芯具有極低的磁芯損耗和很高的矩形比，當(dāng)電流突變?yōu)榱銜r展現(xiàn)出很大的電感量，能對整流管的反向電流起到妨礙作用。由尖峰抑制器構(gòu)成emi濾波器的電路3所示。d1為輸出整流管，d2為續(xù)流。在d1.d2上分離串聯(lián)一個尖峰抑制器。l為儲能電感，c為濾波。不加尖峰抑制器時通過整流管的電流波形4(a)所示，if、ir分離代表整流管的正向工作電流和反向工作電流，frr代表反向復(fù)原時光。由圖4可見，整流管在反向工作區(qū)域會產(chǎn)生尖峰電流，而接入尖峰抑制器后，尖峰電流就被抑制了。尖峰抑制器典型的磁滯回線5所示，在到達工作點1之

6、前(電流導(dǎo)通時)，磁芯處于飽和狀態(tài)，具有十分低的電感量；當(dāng)電流關(guān)斷時到達工作點2(亦稱剩磁點)時，因為整流管存在反向復(fù)原時光，使得電流繼續(xù)沿著負的方向減小，但超微晶磁芯具有十分高的磁導(dǎo)率，這時會展現(xiàn)很大的電感量，所以它就不經(jīng)過理論工作點3(該點本應(yīng)對應(yīng)于浮現(xiàn)反向尖峰電流ir的時刻)，而是挺直到達工作點4(即反向剩磁點)，然后又被磁化開頭另一循環(huán)。這種抑制整流管尖峰電流的特性被稱之為“軟復(fù)原”。圖5中的ife為激勵電流。下面介紹設(shè)計尖峰抑制器的公式。若令整流管的反向復(fù)原時光為trr(單位取s)，反向電壓為ur (v)，通過整流管的電流為if(a)，則尖峰抑制器必需滿足下述條件。式中：為磁通；s為磁芯的繞線面積。計算銅導(dǎo)線線徑的公式為所須繞制的匝數(shù)為3 結(jié)語隨著技術(shù)的進展和成熟，人們逐漸熟悉到磁性元件不僅是電源中的功能元件，同時其體積、分量、損耗在整機中也占相當(dāng)比例。據(jù)統(tǒng)計，磁性元件的分量普通是變換器總分量的3040，體積占總體積的2030，對于模塊化設(shè)計的高頻電源，磁性元件的體積、分量所占的比例還會更高。另外，磁性元件還是影響電源輸出動態(tài)性能和輸出紋波的一個重要因素。