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開關(guān)電源磁性材料應(yīng)用入門

發(fā)布時(shí)間:2012-10-17 責(zé)任編輯:Cynthiali

導(dǎo)讀:做6KW,0.9MHz高頻焊接機(jī),必須要接觸磁學(xué)。在高頻焊接機(jī)完成之后,作者總結(jié)磁學(xué)的基本概念,便于自己今后復(fù)習(xí),也為做開關(guān)電源方面的朋友提供參考。你的磁性材料應(yīng)用入門了嗎?

因?yàn)橐?KW,0.9MHz高頻焊接機(jī),必須要接觸磁學(xué),目前高頻焊接機(jī)已經(jīng)初步完成,故把磁學(xué)的基本概念總結(jié)一下,一為自己今后復(fù)習(xí),二為做開關(guān)電源方面的朋友提供參考,理清思路。

磁學(xué)因?yàn)榇蠹医佑|的不多,不常用,所以相對比較陌生,往往局限于開關(guān)電源行業(yè),并且大部分設(shè)計(jì)開關(guān)電源的以參考別的電路為主,很少有自己設(shè)計(jì)的,所以往往對其理論理解不深,此為其一。磁學(xué)有兩套單位,如MKS(米-千克-秒)和CGS(厘米-克-秒)兩套單位制度,國內(nèi)教學(xué)一般采用MKS制,但工程實(shí)際采用CGS值,并且名詞太多,比較混淆,此為其二。磁性材料種類較多,并且參數(shù)測量不方便,也少有儀器測量,比如磁導(dǎo)率、感應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度等,最容易的電感值,一般的萬用表也沒有,都需要用專用儀器,此為其三。以上這些,制約了磁學(xué)的普及推廣。

根據(jù)實(shí)際工程需要,我們一般需要了解這么幾個(gè)指標(biāo)

  • 1、電感值,這個(gè)建議采用專業(yè)儀器直接測量,手持式的價(jià)格不貴
  • 2、發(fā)熱損耗,這個(gè)建議用溫度*來測量,價(jià)格也不貴,只要保證在工作范圍內(nèi)即可。
  • 3、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度,是不允許磁飽和的,否則此電感失效導(dǎo)致設(shè)備炸機(jī),尤其是開關(guān)電源上,本文的核心就是為了獲取這個(gè)值。


本文基于CGS實(shí)用單位制,采用Gs(高斯)和Oe(奧斯特)為單位,討論的對象是均勻閉合類磁性材料,如磁環(huán),E型變壓器。pi為圓周率

1、磁場的產(chǎn)生在實(shí)際中是基于閉合的電流,當(dāng)一個(gè)磁環(huán)在有外部閉合線圈時(shí),那么這個(gè)線圈產(chǎn)生的激勵(lì)磁動勢用mmf(等價(jià)于電場的電壓概念)表示:
mmf = 0.4π*NI,N指圈數(shù),I是通過線圈的電流,這個(gè)是產(chǎn)生磁場的原動力

2、因?yàn)閮?nèi)部微小電流產(chǎn)生的磁場會同步于外部,當(dāng)外部磁場撤銷的時(shí)候,內(nèi)部的磁場還存在形成一個(gè)同方向的閉合大磁場,需要足夠長的時(shí)間才能被分子熱運(yùn)動打亂,這

個(gè)就取決于不同的材料,可以分為軟磁性材料跟硬磁性材料,硬磁性材料當(dāng)外部電流撤銷后,內(nèi)部的磁場還長期保留,形成了磁鐵。軟磁性材料一般當(dāng)外部磁場撤銷后內(nèi)部磁場也馬上消失,但這個(gè)也需要一個(gè)時(shí)間,因?yàn)檫@個(gè)時(shí)間的存在,或者把內(nèi)部微小磁場與外部磁場同步需要時(shí)間,這個(gè)就產(chǎn)生了磁滯回路,也就是損耗,一般頻率越高,損耗越大。

3、具體磁場的大小也即磁場強(qiáng)度,受制于磁性材料的回路長度:
H = mmf / L(奧斯特)  當(dāng)為磁環(huán)的時(shí)候,L = 2πR,R為磁環(huán)的半徑, 注意此處L單位為cm(厘米)

4、H是磁場的原動力,當(dāng)碰到不同的材料,他們內(nèi)部的微型自閉合電流環(huán)會與外部的磁場方向一致,增強(qiáng)了其內(nèi)部的磁場,所以有了磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁導(dǎo)率μ
B = μ*H(Gs高斯)
1T(特斯拉) = 10000Gs(高斯)

5、真空中的μ= 1,其他的材料一般都大于1

6、綜合以上:
B = 0.2μ*N*I/R
只要計(jì)算出來這個(gè)值不超過材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值即可

下頁內(nèi)容:材料的分類選用和計(jì)算磁環(huán)電感的工具
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7、μ和Bmax,一般磁性材料廠家可以提供,并且根據(jù)材料的分類,我們也可以大概的知道范圍:

μ和Bmax,一般磁性材料廠家可以提供,并且根據(jù)材料的分類,我們也可以大概的知道范圍

8、材料說明

a、硅鋼片一般用于工頻變壓器及電機(jī)類設(shè)備,工作頻率在50Hz附近
b、錳鋅因?yàn)樾詢r(jià)比高,大量應(yīng)用于當(dāng)前的開關(guān)電源功率變化級上,根據(jù)不同的損耗頻率,可以細(xì)分很多級別,一般的講,μ越高損耗越大,所以越高頻率的u值越低。目前市場上常用的是PC40材料的,導(dǎo)磁率在2500.
c、鎳鋅跟錳鋅形成互補(bǔ),一般用于較高的頻率上,因?yàn)榇笥?MHz,大量應(yīng)用于EMI器件,抗輻射干擾。鎳鋅的磁環(huán)基本上不導(dǎo)電,這個(gè)是最簡單的區(qū)別錳鋅(錳鋅磁環(huán)導(dǎo)電)的地方。
d、鐵粉芯因?yàn)樾詢r(jià)比高,大量應(yīng)用于開關(guān)電源輸出濾波環(huán)節(jié),這個(gè)往往帶有很強(qiáng)的直流分量而交流分量不大,采用鐵粉芯的低導(dǎo)磁率可以抗磁飽和。
e、鐵硅鋁價(jià)格較高,但性能是鐵粉芯的2倍,功能跟鐵粉芯一樣,往往替代鐵粉芯為了降低發(fā)熱量的。

附件是一個(gè)計(jì)算磁環(huán)電感的工具,只要輸入磁環(huán)尺寸、磁導(dǎo)率,線圈匝數(shù),就能求出電感量,并且輸入電流,可以得到磁感應(yīng)強(qiáng)度。

有了這個(gè),可以通過測量電感的工具,倒推出磁導(dǎo)率,也可以預(yù)計(jì)實(shí)際工作的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,非常好用,建議大家使用。
 

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