用于開關(guān)電源的磁芯_圖文

1、 ·1 引言開關(guān)電源(SPS的優(yōu)越性已由很多文獻資料進行過論證。用于開關(guān)電源的各種各樣的電路也已在文獻資料中充分地得到了說明。磁心在開關(guān)電源電路中扮演著重要的角色。目前,已可以用多種原材料和多種工藝技術(shù)制造磁心。圖1所示為現(xiàn)有的多種幾何形狀和尺寸的磁心。心,磁粉心和鐵氧體磁心。另外,有關(guān)磁性材料種類及其性能的詳細敘述,加上磁心尺寸和特殊設(shè)計所需要的信息,在以下MAGNETICS 公司的資料庫中可以獲得:鐵氧體磁心編目FC-601鉬坡莫合金和高磁通磁粉心編目MPP-400KooLMu 磁粉心編目KMC-2.0高磁通磁粉心編目HF-PC-0.1帶繞磁心編目TWC-500切割磁心編目MCC

2、-100采用磁粉心的電感器設(shè)計軟件通用模式的電感器設(shè)計軟件2 三種類型磁心概述2.1 帶繞磁心圖2所示是典型的帶繞磁心的剖面圖。這類磁心采用磁性合金窄帶材料制造,其帶材厚度很薄,從1/2mil 到14mils,寬度從1/8吋到若干吋。制造磁心時,首先將薄板材料縱向切割成所要求寬度的窄條,涂復(fù)上絕緣材料,然后卷繞到卷筒上,一層一層地卷繞,直至達到預(yù)先決定的磁心厚度。最后一層固定焊接到先前繞的那層上,以避免繞層散開。因此,磁心材料被著重注意到在繞制期間所失去的一些磁性能品質(zhì)。為復(fù)原這些失去的磁性能,磁心必須在接近1000的氫(H氣氛爐子內(nèi)退火。對于不同的磁性材料,其退火的確切溫度和冷卻周期用于開關(guān)

3、電源的磁心(一Magnetic cores for switching power supplies 薛蕙編譯,圣力校中圖分類號:TM4 文獻標識碼:A 文章編號:1606-7517(200909-11-122 圖1各種形狀和尺寸的磁心每一種磁性材料都有它們本身獨特的性能。因此,研究電源中應(yīng)用的各種磁心必須首先了解現(xiàn)有磁性材料各自的性能特點,以選擇制造出適合的磁心形狀和尺寸。本文闡述開關(guān)電源磁心所采用的磁性材料,它們的制造方法以及對電源的主要部件有關(guān)系的有效磁特性。開關(guān)電源用磁心可以分類為三種基本類型:帶繞磁 2009.09·是不相同的,并且,它們對獲得最佳磁性能是十分關(guān)鍵的。退火之

4、后,應(yīng)將磁心放置在一個存在少量硅(Si混合物且具有軟墊作用的保護性容器內(nèi),以防止磁心受到?jīng)_擊或振動,因為沖擊與振動很容造成磁心的磁性能下降。測試完成之后,要為磁心的轉(zhuǎn)運做好準備工作。用于制作帶繞磁心的常用合金材料有:Magnesil ®、Supermendur、orthonol ®、Permalloy 和Metglas ®等。表1所示為這些品牌材料的比較數(shù)據(jù)資料。表1中的最后兩欄所示為現(xiàn)有該材料的各種厚度以及建議的每種厚度可采用的最高工作頻率。a.Magnesil ®是一種硅鐵(Si-Fe合金材料。主要是一種低頻磁性元件采用的材料。其最佳選擇是用于60H

5、z的磁心,實際上,它在上述材料中具有最高的磁通密度和最低的成本。b.Supermendur 是一種含有50%鈷(Co的鈷基合金,是為要求具有矩形磁滯回線和高磁通密度而特別研制生產(chǎn)的。它被推薦用于要求極小型化和/或高溫環(huán)境下的器件。c.orthonol ® 是一種含有50%鎳(Ni和50%鐵(Fe的混合物,具有低于magnesil 的磁通密度,但它具有更低的損耗和可以工作在更高的頻率。這可以從表1所列的那些相等厚度的材料中,對所推薦的使用頻率的比較中看出來。對于2mil 的magnesil 材料的最高使用頻率是2kHz,而同樣厚度的orthonol 材料的最高工作頻率是4kHz。但是,

6、orthonol 材料的價格也大于magnesil 材料。d.Permalloy 是一種含有80%鎳(Ni、20%鐵(Fe的合金材料,首先,對于上述三種材料而言,它具有最低的磁通密度。它是一種工作頻率最高的合金。例如,2mil 厚度的Permalloy 可以在10kHz 的工作頻率使用。e.Amorphous 材料現(xiàn)有產(chǎn)品的厚度達1mil。其磁心是用其它帶繞磁心相同的方法制造的。其2605合金是一種鐵(Fe硅(Si合金,它被制作成切割磁心的形狀,結(jié)果是它比Permalloy 合金磁心具有更高的能量存貯能力(除了它們是矩形的形狀外,切割磁心被制作成類似于被切割成兩個半片的,其間存在空氣隙的帶繞磁

7、心。其2714A 合金是一種鈷(Co基材料,具有高磁導(dǎo)率、高矩形磁滯回線和低磁心損耗。這些磁特性對于應(yīng)用在高頻率下,諸如開關(guān)電源中的磁放大器是非常有利的。f.帶繞磁心用材料的極限工作頻率取決于變壓器工作在飽和狀態(tài)下,能保證磁心適中溫升時的最高頻率。如果允許變壓器有較高的溫升,或者磁心的工作磁通密度小于飽和磁 圖2典型的帶繞磁心剖面圖表1幾種品牌的帶繞磁心用材料的磁特性磁性材料品牌名稱飽和磁通密度B m (kiloguass居里溫度T C (使用頻率上限*帶材厚度(in頻率250Hz 1kHz2kHzSuperMENDUR 219400.004 0.002750Hz1.5kHz4kHz8kHz4

8、0kHzAMORPHOUS2605-S3(iron-base143700.001100kHzAMORPHOUS*頻率極限基于材料被使用的磁通密度等于或接近于飽和狀態(tài)。使用的工作頻率越高則磁通密度越低。見正文所述。 ·通密度時,則使用的工作頻率可以高于表1所列的頻率。必須說明的是所有這些材料的居里溫度很高,而大多數(shù)磁性材料的金屬性能也很好。磁性材料的居里溫度是其失去磁性能時的溫度。金屬磁性材料的居里溫度高于電源中使用的鐵氧體磁心的居里溫度。2.2 磁粉心制造磁粉心的材料有三種類型:Molypermalloy(鉬坡莫合金粉料,高磁通粉料和KooLMu ®粉料。這三種類型磁粉的制

9、造工藝過程相類似。圖3所示出的照片代表了一些典型的磁粉心類型和尺寸。首先,優(yōu)良的磁粉是建立在合金材料基礎(chǔ)上的。磁粉是用絕緣材料分隔了每一顆粒的混合物,以此增加其電阻率。其次,將磁粉料壓制成圓環(huán)形狀。磁粉心經(jīng)退火后再涂上絕緣材料,并應(yīng)100%測試電感值。磁粉心被制造成外直徑和內(nèi)直徑之間具有大半徑的圓環(huán)狀以使繞組加工更容易。磁心表面的絕緣涂料也使繞組制造時更方便,因為它降低了摩擦系數(shù),并為磁心與導(dǎo)線分隔提供了額外的安全保障。a.鉬坡莫合金磁粉心(MolypermalloyPowdercores鉬坡莫合金磁粉心(MPP是與以前所述的帶繞磁心所使用的坡莫合金相同成分的材料制造的。鉬坡莫合金磁粉心用14

10、到550范圍內(nèi)的十個差別的不同磁導(dǎo)率材料制造。即是說坡莫合金金屬這種原始材料的磁導(dǎo)率是非常懸殊的。其從10,000到200,000范圍的磁導(dǎo)率取決于試驗條件。用絕緣介質(zhì)使坡莫合金顆粒相互隔開的結(jié)果是降低了磁導(dǎo)率,因為它們在整個圓環(huán)磁心中造成了許多空氣隙。這些空氣隙能使坡莫合金磁粉心獲得幾百奧斯特以上的抗直流磁場的能力,這可以由圖4表明,該圖用一系列曲線說明了磁導(dǎo)率與直流偏置量的關(guān)系。在不存在直流電流的情況下,磁導(dǎo)率值以電感值的百分率給出。MPP 磁粉心有非常低的損耗和很高的能量存貯能力,這使得它們在扼流圈或高頻功率電感器的應(yīng)用中有極好的選擇性。每一批次磁粉心的電感值和磁導(dǎo)率公差可以做到在標稱值

11、的±8%以內(nèi)。100%的磁粉心經(jīng)過測試,其廢品率則掌握在2%的范圍內(nèi)。這使得設(shè)計師在安排繞制線圈時,其匝數(shù)可以與標稱值稍有差別,從而使電感器的公差在標稱值的±2%以內(nèi)。b.高磁通磁粉心(HighFluxpowdercores高磁通磁粉心是由相似于orthonol 材料成分(50Ni50Fe的磁粉制造的。因為其磁通密度高于坡莫合金,故有了高磁通磁粉心的稱謂。這種磁粉心具有較高的能量存貯能力,在磁心飽和以前,允許存在較高的直流電流。它們也將致使元件的體積減小和重量減輕。高磁通磁粉心的 損耗高于坡莫合金磁粉心。 圖3典型的磁粉心圖4坡莫合金磁粉心的磁導(dǎo)率與直流偏置的關(guān)系曲線 20

12、09.09·c.KooLMu 磁粉心KooLMu 磁粉心是由二價鐵合金制造的。這類磁心的損耗大于MPP 磁粉心,但如果要在相同的時間內(nèi)提供更大的能量存貯能力,則其具有更經(jīng)濟的優(yōu)點。雖然KooLMu 磁粉心的性能優(yōu)于鐵粉心,但更重要的表現(xiàn)是有助于上升的熱量散發(fā),在某一些應(yīng)用中,LooLMu 磁粉心可允許較高的溫升,在同樣的應(yīng)用中,KooLMu 磁粉心所能減小的尺寸超過鐵粉心。在磁心沒有發(fā)生飽和的情況下,對于電感器必須保持在高的交流電壓工作的在線噪聲濾波器,KooLMu 磁粉心是理想的。它可使在線濾波器的尺寸更小,比使用鐵氧體磁心時所需要的繞組匝數(shù)也更少。高的磁通密度(10,000高斯和

13、低的磁心損耗使得KooLMu 磁粉心可良好地應(yīng)用于驅(qū)動電路諸如脈沖變壓器和反激變壓器中。這類磁粉心用5種磁導(dǎo)率(26到125的材料制造。以上三種磁粉心(MPP,HighFlux,KooLMu的性能都是在相同物理尺寸下提供的。2.3 鐵氧體磁心圖5所示為現(xiàn)有鐵氧體磁心的一些種類和尺寸。鐵氧體材料的制造與以前討論過的材料不相同。原材料是多種金屬諸如鐵、錳和鋅的氧化物。所以,氧化物通常起絕緣體的作用,同時,鐵氧體比磁性合金材料具有更高的電阻率,允許它們工作在非常高的頻率,甚至達到MHz 級頻率范圍。鐵氧體原材料經(jīng)混合并在預(yù)燒結(jié)爐窯內(nèi)燒結(jié)。然后,將它們粉碎成均勻的微粒并壓制成所要求的多種形狀中的一種。

14、“綠色磁心”是在另外的大氣控制下的燒結(jié)爐窯內(nèi)燒 結(jié)的。因為燒結(jié)成的磁心是硬的陶瓷體,進一步的加工要用金剛石砂輪研磨。粗制的諸如罐型磁心和E、U、I 型磁心等必定存在粗糙的表面,因此必須對微細的空氣隙進行研磨。環(huán)形磁心的最后加工是在翻滾筒內(nèi)把磁心邊緣的毛刺去除掉。a.鐵氧體材料鐵氧體磁心的電氣特性是與磁粉心或金屬帶繞磁心不同的。表2列出了七種不同的鐵氧體磁心材料及其它們的電氣特性:它們的磁通密度和初始磁導(dǎo)率低于磁性合金材料。其中F、P、R 和K 類材料七部分使用在電子設(shè)備的功率變壓器中,它們的差別是在磁心的損耗上。F 類材料在室溫下有其最低的磁心損耗,P 和R 類材料磁心的損耗隨溫度的升高而減小

15、,P 類材料在大約70時是低點,R 類材料在大約90時是低點。K 類材料在頻率超過20kHz 的應(yīng)用中被稱之為低損耗磁心。J、W 和H 類材料應(yīng)用于EMI 濾波器中時,高磁導(dǎo)率是其希望獲得的特性。表2幾種鐵氧體材料及其特性材料代碼磁通密度初始磁導(dǎo)率應(yīng)用范圍居里溫度R 50002300變壓器、電感器>230K 46001500">230P 50002500">230F 49003000">250J 43005000EMI濾波器等>140W 430010000">125H 420015000">120b.鐵

16、氧體磁心形狀鐵氧體磁心有多種多樣的形狀和尺寸。每一種形狀的磁心在其確定的使用場合有其特定的優(yōu)點。表3列出了如今普及并有效使用的鐵氧體磁心形狀及其它們在不同考慮因素下的評價比較。由圖表中的說明可見,選用磁心形狀取決于許多因素,在大多數(shù)情況下,沒有人可能對全部的使用情況作出正確的回答,所以,一般情況下,選用磁心是采取折衷的方案。3 開關(guān)電源圖6是典型的開關(guān)電源方框圖。其所示為經(jīng)整流的60Hz 線電壓輸入。該直流電壓在逆變器區(qū)段變換成為高頻矩形波或高頻脈沖電壓。然后,經(jīng)濾波后,根據(jù)變壓器的匝比提供與輸入電壓不同的直流輸出電壓。開關(guān)電源要求圖5典型的鐵氧體磁心和元件 ·磁心可用于高頻變壓器,

17、偶爾能用于驅(qū)動器部件,并可能使用于電流變壓器。圖7所示為典型的配套于逆變器的開關(guān)回掃調(diào)整器的略圖。輸入是未經(jīng)調(diào)整的直流電壓,它們由開關(guān)晶體管限幅為脈沖電壓。這些脈沖電壓傳送到功率濾波器這一級,產(chǎn)生的直流電壓值低于輸入電壓值。調(diào)整由反饋電路完成,它使晶體管壓縮或延伸了脈沖電壓,這樣,在不同的負載情況下,保證了輸出電壓的恒定。圖8所示為電磁干擾濾波器的簡圖,這種濾波器是又一種為逆變器配套的部件。它包括用于普通編碼濾波器和在線濾波器兩種磁心。這種濾波器常常需要完成抑制自逆變器進入到電源線的電磁噪音發(fā)生;抑制自電源線進入到電源的電磁噪音。3.1 電源變壓器圖6中的電路存在雙晶體管類型的被稱之為推換式或

18、橋式電路,單晶體管類型被稱之為回掃或正激變換器。用于圖6所示電路中的變壓器磁心有多種多樣的形狀、尺寸和材料。磁心的選擇和最后完成變壓器設(shè)計是比較煩表3選擇鐵氧體磁心幾何形狀應(yīng)折衷考慮的因素折衷選項罐形磁心雙沖片磁心E磁心Ec,ETD磁心PQ磁心EP磁心圓環(huán)磁心磁心成本高高低中高中很低線圈骨架成本低低低中高高無繞組成本低低低低低低高繞組機動性好好優(yōu)優(yōu)好好優(yōu)裝配簡單簡單簡單中簡單簡單無*安裝機動性好好好適合適合好差散熱性差好優(yōu)好好差好屏蔽性優(yōu)良差差適合優(yōu)好*成品要求用兩塊對分的夾板一起將磁心夾緊,并把磁心安置裝配在電路板上或底板上。圖6開關(guān)電源方框圖110V 60Hz 未經(jīng)濾波的直流電壓 圖7開關(guān)

19、調(diào)整器的簡圖 2009.09·瑣的。它們?nèi)Q于電路的類型、工作頻率、所要求的輸出功率、空間環(huán)境溫度,占空比和其它許多因素。選用變壓器磁心材料主要在鐵氧體、磁粉心或窄帶狀磁性材料間進行。因為現(xiàn)有的窄帶磁性材料有最高的磁通密度,故它們通常被用于工作頻率為60Hz20kHz 之間變換器,這樣還可以使變壓器的尺寸做得最小。工作頻率超過20kHz,鐵氧體是最好的選擇,這是因為鐵氧體磁心的損耗低并且在各種幾何形狀都有很好的利用率。因此,工作頻率在20kHz 左右時,以上兩種材料都可以使用,由應(yīng)用場合來決定采用那種材料。在設(shè)備要求高可靠性以及工作于很寬溫度范圍的磁心,帶狀材料是最優(yōu)選擇。大部分企業(yè)

20、要求降低產(chǎn)品成本,則鐵氧體材料可作為優(yōu)選。磁粉心可以用于工作頻率低于300kHz 的場所,但是它們被限制使用于要求開氣隙的結(jié)構(gòu)中,諸如回掃或反激式升壓變換器。因為逆變器工作頻率的增高,磁心的損耗將主導(dǎo)變換器的設(shè)計。變壓器設(shè)計中要有計劃的利用最大磁通密度的磁心代替,以使設(shè)計好的磁心損耗保持在最低水平上。在20kHz 左右工作頻率時,無論是采用鐵氧體磁心還是帶繞磁心,設(shè)計的變壓器大多采用2kG 的磁通密度,以控制磁心的損耗在適當?shù)牧考壣?。用于回掃電路的變壓器磁心要求在磁心上開氣隙,以使有直流電流流經(jīng)其繞組時不致于產(chǎn)生飽和。雖然帶繞磁心和鐵氧體磁心也可以開氣隙,但最普遍使用的是環(huán)形磁粉心,因為這種磁

21、心中存在著分布的空氣隙。根據(jù)以上的敘述,所應(yīng)用的工作頻率決定著選擇帶繞磁心還是鐵氧體磁心。而磁粉心將工作在300kHz 以下和除此之外的頻率。圖6也示出了一個小電感器串聯(lián)在主變壓器的次級。這種磁心用于測量設(shè)備輸出的電流互感器,或由于晶體管的不對稱性而檢測輸出引線上的電流差值被采用。鐵氧體環(huán)形磁心常被用于這類變壓器中。在這相同的配置中,變壓器常被用來控制輸出電流。在此,鐵氧體環(huán)形磁心可被采用,但在在磁放大器電路中,較多被采用的磁心常常是帶繞磁心。3.2 開關(guān)調(diào)整器圖7所示為包括一個功率電感器的開關(guān)調(diào)整器,因為有大的電流通過其開關(guān),故磁心必須要開氣隙,以抑制其飽和。這里所使用的磁心是開氣隙的鐵氧體

22、磁心或磁粉心。因為在電流波形中,通常僅僅存在很小的紋波,故在磁心中的交流磁通振幅也是小的。因此,這里也可使用鐵粉心和硅鋼片疊裝磁心。它們是上述磁心中代價最低的,但是其磁心損耗較大。為此,在上述部件設(shè)計中必須注意到應(yīng)避免電感器發(fā)生過熱以及可能損壞其它零件。在功率電感器設(shè)計中的另一項改革是使用了振幅扼流圈。在一些開關(guān)調(diào)整器和回掃變壓器設(shè)計中,要求它們在低的輸出電流時能夠抑制電流流向相反方向。因此,這對能夠在高直流電壓減小之后的低直流電壓下保持較高的電感值是有利的。3.3 EMI濾波器在圖8所示的EMI 濾波器中,用于普通編碼濾波器的磁心大多數(shù)采用高磁導(dǎo)材料制造。在這種濾波器上的線圈是用兩根導(dǎo)線繞制

23、,或者將兩個完全相同的繞組方向相反地置于環(huán)形磁心的兩邊。用這種方法可見,由兩根導(dǎo)線中的一根導(dǎo)線電流所產(chǎn)生的磁通,被另外一根導(dǎo)線電流所產(chǎn)生的同樣大小但方向相反的磁通抵消了。以致磁心不會造成飽和。因為這種排列結(jié)構(gòu),試圖從電源傳送出來的任何有害噪聲,通過在相同相位和相同方向的兩根導(dǎo)線都將會被磁心的高阻抗衰減掉。磁導(dǎo)率為5,000(J 類材料、10,000(W 類材料和15,000(H 類材料的鐵氧體環(huán)形磁心,因為其具有高磁導(dǎo)率和高阻抗等特性而被廣泛使用。為消除噪聲,在線電流是同相位時,使用在線濾波器是必需要的。大的線電流流經(jīng)這些濾波器的繞組將使磁心趨向飽和。因此,磁心必須開氣隙,優(yōu)選的磁心型號是鐵氧

24、體磁心和磁粉心。4 變壓器設(shè)計在如今的市場上,鐵氧體是普遍使用的磁性材料,在 圖8電磁干擾(EMI濾波器簡圖 ·此,集中介紹在不同設(shè)計和不同頻率使用的鐵氧體磁心。有關(guān)磁粉心的設(shè)計僅作簡要的討論。4.1 變壓器設(shè)計方程式變壓器磁心的選擇,通常需要同時解兩個方程式進行:方程式(1:E=4B NfA c ×10-8(1式中,E =跨接N 匝的初級電壓(伏特;B =磁心中的峰值磁通密度(高斯;N =匝數(shù);f =工作頻率(Hz;A c =磁心的有效截面積(cm 2。注釋:在方程式(1中,B 是在圖10的磁滯回線上標示的可使用的磁通值。實際的B 兩倍于B 值。方程式(1具有在以下方程式

25、(2中的那些要素。方程式(2:KW A =A W N (2式中:K=繞組因子;W A =磁心上繞組所占面積;A W =所使用導(dǎo)線的截面積(圓周密耳;N=匝數(shù)。解方程式(1和方程式(2,得到方程式(3。方程式 (3:(3W A A C 是表示磁心處理功率能力的因子。方程式(3允 許不管工作條件如何地去選擇一種磁心尺寸。圖10磁滯回線圖4.2 推挽電路典型的推挽電路示于圖11。輸入信號是IC 電路或時鐘脈沖電路在開關(guān)晶體管交替地閉合和斷開時的輸出信號。其后,在晶體管上輸出的高頻矩形波則被整流為直流。對于在20kHz 工作頻率的鐵氧體磁心變壓器,在實踐中,它們在應(yīng)用方程式(3時,大都采用最大值為2k

26、G 級別的磁通密度(B。這可以通過圖12的磁滯回線圖中的陰 影部分的圖示說明。 圖11典型的推挽開關(guān)電源線路圖圖12推挽電路中磁心的磁滯回線因為在某頻率選用磁心時,其可用的磁通密度(B的等級是受磁心損耗因數(shù)限制的。在工作頻率為20kHz 時,如果變壓器的磁通密度(B被設(shè)計成接近于飽和狀態(tài)(如低頻變壓器設(shè)計中的做法,則磁心將會產(chǎn)生過度的溫升。因此,低于2kG 的磁通密度通常可以限制磁心損耗,并將允許在磁心中產(chǎn)生適度的溫升。在工作頻率超過20kHz 時,磁心損耗大為增加。對于設(shè)計高頻開關(guān)電源而言,必須將磁心的工作磁通密度(B的等級低于2kG。圖13所示為降低了磁通密度等級的MAGNETICS 公司

27、的功率磁性材料,為了限制溫升,必須圖13磁通密度與頻率的關(guān)系曲線 2009.09·不同頻率應(yīng)用時保持其恒定的磁心損耗。該圖限制的磁心損耗密度為100mW/cm 3,對于中等尺寸的磁心,圖示所限制的溫升近似于40。如果在不用方程式(3和以上說明的限制條件下簡化選擇磁心方法,則可以使用圖14所示的圖表進行。在圖14的曲線圖表中示出了在不同工作頻率時,輸出功率與磁心尺寸的關(guān)系。選擇磁心是由要求的輸出功率的大小作出決定。利用圖14中的曲線之一,找出輸出功率與工作頻率線的交點,這個點的垂直投影表示可被采用的 磁心。如果該點的垂直投影是在兩種磁心之間,則選用較圖14P 0與W a A c 的關(guān)系

28、 ·大的那一種。例如,某變壓器的工作頻率為20kHz、輸出功率為20W,如果要求選用鐵氧體罐形磁心,使用以上的方法將指出,正確的罐形磁心應(yīng)是42318UG 和42616UG 兩種尺寸之一種。在這個例子中,采用較大尺寸的42616UG 磁心將是最佳選擇。工作頻率在20kHz 以上時,選用磁心的方法改變?nèi)缦?。首?標記的水平線交叉點代表所要求的輸出功率和工作頻率。通過該交點的垂線相交于水平軸W A A C 的對應(yīng)點。因子W A A C 建立在工作磁通B=±2kG 的基礎(chǔ)上,并且,對于新推薦的工作頻率,隨著工作頻率的增高,工作磁通密度將成反比例的下降(見圖13。對于利用圖表重新選

29、擇W A A C 因子,通過該點垂線在W A A C 上的交點,即表示該值是設(shè)計中可采用的磁心因子。在以上輸出功率為20W 的實例中,如果磁心工作于50kHz 的頻率,圖表指出的罐形磁心具有0.03×106(圓周密耳平方厘米的W A A C 因子。但是,在圖13中,在工作頻率為50kHz 時所示的磁通密度必須降低到1300Gauss。因此,其比率將是。故在50kHz4.3 前饋電路在圖15所示的前饋電路中,變壓器工作在磁滯回線的第一象限。單向的脈沖信號施加于半導(dǎo)體器件將引起由其B R 值驅(qū)動的變壓器磁心趨向飽和。當脈沖信號下降至零值時,磁心中的磁通返回到B R 值。由于維持在高的工作

30、頻率,為減小磁化電流和降低導(dǎo)線損耗,初級繞組的電感值保持著高值。這意味著磁心需要有零值或極小的空氣隙。為將鐵氧體材料用于這種電路,B(或B max 有代表性的值是2400高斯或B(如適用于方程式3值是±1200高斯,如圖16所示。在推挽電路中,為了保證磁心損耗很小,建議磁心中的磁通密度峰值不超過±2000高斯。因為磁滯回線的約束,在前饋電路中所用磁心,B 的峰值將不會超過±1200高斯。除了因為方程式(3,目前將B 值限制在±1200高斯之外,為前饋電路選擇磁心的程序類似于推挽電路。如果圖14的曲線被利用來從相對應(yīng)的曲線中選擇W A A C 因子,則將使

31、比率增至2000/1200=1.67倍或增加67%。如果變壓器的工作溫度超過75,則B 值應(yīng)該更進一步的減小。圖17所示為B 隨溫度變化的狀況。因此,建議將2400高斯的B 值(B=±1200減小,而減小的具體數(shù)量取決于最終設(shè)計的器件是多高溫升。實際上,在超過20kHz 工作頻率的較大范圍內(nèi),剩余的B 值是不變化的。但是,如圖13所示,在某些頻率時,B 值需要調(diào)整。具體的調(diào)整值由超出的溫度所要求因素決定(如圖17所示。超過該頻率范圍利用B 值選擇磁心時,可從圖13中獲取B 值。4.4 回掃電路在圖18中示出了典型的回掃調(diào)整器電路的簡圖。單向的脈沖信號引起直流電流流經(jīng)磁心的繞組,在磁心

32、中運動的磁通B R 趨向于飽和。在脈沖信號變?yōu)榱銜r,如上面所述的前饋電路設(shè)計那樣,磁通值返回到B R 值。但是,前饋電 圖15典型的前饋開關(guān)電源電路圖 圖16前饋電路中磁心的磁滯回線圖17高溫環(huán)境下推薦的B 2009.09·并且其EMI 輻射很低。為回掃變壓器選擇MPP 和KooLMu 磁心,取決于其所需要的能量貯存能力,在某種意義上類似于鐵氧體磁心所能達到的目的。MAGNETICS 發(fā)布有LI 2與磁心尺寸關(guān)系的曲線。適用于變壓器的磁心可以從這些曲線中選取。除了存在過高的溫升外,MPP 和KoolMu 磁心可以用于300kHz 以下的能量貯存器件。在降低磁通密度的情況下,它們在超出

33、該頻率范圍時也可使用。4.5 磁心損耗因為用于工作頻率為20kHz 及以上頻率的變壓器是高功率電平,并且,磁心損耗是事實上制約變壓器設(shè)計的因數(shù),在考慮到器件的工作溫度時,磁心損耗變得很重要。在最佳設(shè)計中,將變壓器的工作溫度設(shè)計成高于環(huán)境溫度是很好的作法。早期的鐵氧體磁心損耗使其溫升較高,而近期開發(fā)的材料損耗降低了,請見由圖20曲線的說明。 如先前所述,在設(shè)計高頻變壓器時,磁心損耗支配著 圖18典型的回掃調(diào)整器電路圖 圖19回掃電路中磁心的磁滯回線圖20鐵氧體材料的磁心損耗與溫度的關(guān)系曲線路和回掃電路兩者之間的不同之處在于,回掃電路要求變壓器擔當能量儲存單元的作用。這種磁心必須不被飽和并且通常是開氣隙的結(jié)構(gòu)。在大多數(shù)設(shè)計中,空氣隙是較大的,因此,如圖22的磁滯回線所說明的那樣,B R 值是小的,并且可以被認為是零值。有效的最大磁通密度近似等于3600。這意味著B 是3600或B=±1800高斯。為這類電路選擇磁心也可以采用方程式3或前面所述的圖14中的曲線進行。在工作