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磁心设计考虑因素

磁心以及其设计考虑因素  ---查看全文 >>

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磁心设计考虑因素

磁心是指由各种氧化铁混合物组成的一种烧结磁性金属氧化物,和音圈、盆体等是扬声器的重要组成部分,其广泛应用于各种电子设备的线圈和变压器中。

我们平时在电子设备的电源线或信号线一端或者两端看到的磁环就是共模扼流圈。共模扼流圈能够对共模干扰电流形成较大的阻抗,而对差模信号没有影响(工作信号为差模信号),因此使用简单而不用考虑信号失真问题。并且共模扼流圈不需要接地,可以直接加到电缆上。匝数越多,对频率较低的干扰抑制效果越好,而对频率较高的噪声抑制作用较弱。在实际工程中,要根据干扰电流的频率特点来调整磁环的匝数。通常当干扰信号的频带较宽时,可在电缆上套两个磁环,每个磁环绕不同的匝数,这样可以同时抑制高频干扰和低频干扰。从共模扼流圈作用的机理上看,其阻抗越大,对干扰抑制效果越明显。而共模扼流圈的阻抗来自共模电感Lcm=jwLcm,从公式中不难看出,对于一定频率的噪声,磁环的电感越大越好。但实际情况并非如此,因为实际的磁环上还有寄生电容,它的存在方式是与电感并联。当遇到高频干扰信号时,电容的容抗较小,将磁环的电感短路,从而使共模扼流圈失去作用。 根据干扰信号的频率特点可以选用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体,前者的高频特性优于后者。锰锌铁氧体的磁导率在几千---上万,而镍锌铁氧体为几百---上千。铁氧体的磁导率越高,其低频时的阻抗越大,高频时的阻抗越小。所以,在抑制高频干扰时,宜选用镍锌铁氧体;反之则用锰锌铁氧体。或在同一束电缆上同时套上锰锌和镍锌铁氧体,这样可以抑制的干扰频段较宽。 磁环的内外径差值越大,纵向高度越大,其阻抗也就越大,但磁环内径一定要紧包电缆,避免漏磁。

磁芯设计时,磁环越长越好;孔径和所穿过的电缆结合越紧密越好;低频端骚扰时,建议线缆绕2~3匝,高频端骚扰时,不能绕匝(因为分布电容的存在),选用长一点的磁环。
在绕组中的直流分量可以在B-H磁滞回线环的水平H轴上产生一个直流磁力Hdc(Hdc与直流安匝成比例)。对于一个确定的次级电流负载,Hdc的值是确定的。

在未饱和的条件下,带气隙磁心可以加上更大的H值(直流电流)。由图可知,H的更大值Hdc已足以使无气隙磁心达到饱和(甚至没有加任何△B作用)。因此,在有大直流电流时,气隙对防止磁心饱和是有效的。当反激式转换器以连续方式工作时,有相当大的直流电流分量,这时,磁心必须要有气隙。

磁心在直流电流下气隙的作用
图1:磁心在直流电流下气隙的作用

图1说明,磁心没有气隙时,一个直流Hdcl会产生磁感应强度Bdc在有气隙时,可以加上大得多的直流Hdd2去产生同样的Bdc。在电感电流连续的工作方式中,变压器绕组电流不会为零,不加气隙是绝对不行的。
 
总之,外加的伏秒值、匝数和磁心截面积决定了B轴上的△Bac值;直流的平均电流值、匝数和磁路长度决定了H轴上Hdc值的位置。△Bac对应于△Hac的范围,气隙大,△Hac.就大。必须有足够的绕组匝数和磁心截面积来平衡外加的伏秒值。必须有足够的磁心气隙来防止饱和状态的产生并平衡直流电成分。

磁心在交流电流下气隙的作用
图2:磁心在交流电流下气隙的作用

开关电源的开关管导通时间所外加的电压比例于B-H平面垂直轴△Bac的振幅(见图b所示)。此时对应的横轴有△Hac变化。

在有气隙时,B-H特性的斜率减小,特性曲线向横轴靠拢。在△Bac不变的条件下,△Hac将大大增加。这相当有效地减小了磁心的有效磁导率和减少了初级绕组的电感。但不能改变交变磁通量或改善磁心的交流性能。

有些人有一个错误的观点,即一个磁心由于初级绕组匝数不足,在所加的交变电压过大,或工作频率偏低(即伏秒值大)而产生饱和时,可以通过引人一个空气隙来解决。从图a可以看到这是片面的。因为不管有没有气隙,饱和的磁感应强度Bs是一样的。应该说,气隙将减少剩余磁感应强度Br和增加△Bac的工作范围。
 

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