非晶与超微晶材料的应用

摘要：结合应用实例,重点介绍了在不同应用场合选用非晶与超微晶材料的种类及其特点，并与其它磁性材料作了对比。关键词：铁基非晶材料；铁基超微晶材料；磁导率；矫顽力；损耗

非晶与超微晶材料的应用

磁材料120×60×40磁芯。按照

E=4．44f×Bm×N×Sc×10－4（1）

式中：Bm——工作磁感应强度，一般选在Bs/2处较

合适，既Bm选0．8T；

E——交流输入电压，V；

N——初级匝数；

f——交流输入电压频率，Hz；

Sc——磁芯有效截面积，cm2。

又因为

Sc=（1／2）×D×（R－r）×h（2）

式中：D——磁芯的占空系数，一般取0.65；

R——磁芯的外环直径，cm；

r——磁芯的内环直径，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

考虑铜损，N选200匝。

2）验证

为了验证N=200匝时，磁导率μe是否在磁芯材料参数的范围之内，可利用式（3）N=104×（3）

式中：L——初级电感量，H；

lc——磁芯的平均磁路长度，cm。

因为

lc=1.57×(D＋d)=1.57×(12＋6)=28.26cm

L的计算如下:

在未绕成变压器之前,初级电感量是不能测出的,但可以由式（4）推算出。=（4）

即可以先绕N1=10匝,测得L1=13mH，于是N=200匝时可得到L=L1×=13×=5.2H

由式（3）可得μe=×108=×108

=4×104

μe满足μi=8×104的要求。说明变压器初级匝数设计合理。

次级匝数可由电压与匝数的变比求出，这里不再累述。

经过实验，这一理论计算可以带起1kW负载，工作稳定可靠。

3）设计时注意点

①Bm不能选的过高由于磁芯参数的分散性，使得在相同匝数下的电感量有差异,而且相差较多,若Bm取得太高,容易使磁芯饱和。 ②怎样判断磁芯已进入饱和?

——在浅饱和状态下，增加初级电压,次级电压不增加,增加的能量全部被磁芯损耗掉；负载加重后,输出电压迅速下跌,负载能力下降，能量被磁芯损耗。

——在深饱和状态下，初级电压加不到220V磁芯就很烫,而且初级电压再升高,次级电压也不变,能量全部被磁芯损耗。

3开关电源用磁芯

3．1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Br0.2T,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=LI2,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。

3．2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2Bm。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或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(低Br)磁芯。

3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(低Br)材料磁芯，饱和磁感应强度Bm=1.5T,剩磁Br0.1T,恒磁导率250～1200。

扼流圈是阻止交流成份