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开关电源中的高频磁元件磁芯原料功能

开关电源中的高频磁元件磁芯原料功能

磁芯磁功能

各种磁芯原料表面虽类似,但磁功能也许有极大不一样。开关电源高频变压器磁芯多是低磁场下运用的软磁资料,它有较高磁导率,低的矫顽力,高的电阻率。磁导率高,在必定线圈匝数时,经过不大的激磁电流就能有较高的磁感应强度,线圈就能承受较高的外加电压,因而在输出必定功率请求下,可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低,磁滞回环面积小,则铁耗也小。高的电阻率,则涡流小,铁耗小。金属软磁资料在开关电源中用得较少,仅仅如铁—镍合金、铁—铝合金薄片的铁芯根本适宜。有一种软磁资料是铁氧体,铁氧体是复合氧化物烧结体,电阻率很高,适宜高频下运用,但Bs值比金属软磁资料小得多,较遍及运用在开关电源中。在规划时有必要从挑选适宜的磁芯资料开端。各种铁芯资料之特性对比如下表所示。

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磁芯构造

根本构造有:①叠片,通常由硅钢或镍钢薄片冲剪成E、I、F、O等形状,叠成一个铁芯;②环形铁芯(toroid),由O型薄片叠成,也可由窄长的硅钢、合金钢带卷绕而成,此形铁芯,绕线艰难;③C形铁芯,此种铁芯可免除环形铁芯绕线艰难的缺点,由二个C型铁芯对接而成。因而,可用机械绕线,线圈也可填满全部窗口;④罐形(POT)铁芯,它是磁芯在外,铜线圈在里,免除环形线圈绕线不方便的一种构造方式,能够削减EMI。缺点是内部线圈散热不良,温升较高,因而只在小功率变换器中运用。

假如把罐形铁芯外园切掉一部分,则成为通风杰出,然后处理温升过高的疑问。从改进通风出发因而有图5-5所示的各种磁芯方式。

高频变压器规划办法

规划变压器时,应当预先知道电路拓扑、作业频率、输入和输出电压、输出功率或输出电流以及环境条件。一起还应当知道所规划的变压器允许多大损耗。总是以满足最坏状况规划变压器,确保规划的变压器在规定的任何状况下都能满足作业。

变压器的规划首要就是指变压器磁芯挑选(形状、磁芯截面、窗口截面)和绕组规划(匝比、匝数、导线截面积等)

匝数和匝比挑选

初级通常电压较高,调整初级匝数和匝比不艰难。次级通常匝数较少,作业频率越高,次级有也许只要一匝,乃至少于一匝,假如取整,带来很大匝比差错,一起导致有关疑问。

在输出电压对比低时,例如5V,乃至1V摆布,约束了匝数和匝比的挑选。5V输出次级也许是1匝或2匝,每个线圈阶差1或2匝。计算结果1.5匝,取整也许挑选2匝,为坚持本来的匝比,所有线圈匝数添加25%。一样尺度的磁芯和窗口,要在本来的窗口中绕不下总线圈。如加大了电流密度,大大添加了线圈损耗。反之,挑选1匝,但磁芯中的磁通密度添加1/3,磁芯损耗也许添加一倍。

尽管没有通用的疾速的挑选每个线圈最优匝数的办法,但有通常规则可循。首要,决议额外UiD时到达期望输出电压的线圈之间的抱负匝比。接着,在挑选某磁芯尺度后,求得匝比和匝数,但不是实际需求的整数。在取整数匝前最好折衷处理,试试几个也许。从最低电压次级开端,由于小的数字整数化百分比最大。特别是假如低输出电压的次级输出最大负载功率,而主控制回路调理的也是低压输出,最低电压次级匝数上升或下降对全部线圈影响最大。匝数下降将添加磁芯损耗,上升将添加线圈损耗。假如添加的损耗太大,有必要从头挑选磁芯,以便仅需求很少变化就可调整到整数匝。

高频变压器磁芯挑选

(1)磁芯资料

功率铁氧体,高频下资料具有很高电阻率,因而涡流损耗低、报价低是高频变压器磁芯首选资料。但磁导率通常较低,磁化电流因而较大,有时需用缓冲和箝位电路处理。

关于合金资料磁芯,如钴基非晶合金和微晶合金,这些资料具有较高的电阻率,通常轧成很薄的带料,能够用在较高频率。通常合金资料尽管饱满磁通密度比铁氧体资料大得多,这通常是无关紧要的,由于磁通密度摆幅严重受涡流损耗约束。一起报价要素也影响资料的挑选。在高温文冲击、振荡大的当地,需选用合金资料磁芯外,通常变压器磁芯最好挑选铁氧体。

(2)磁芯形状

磁芯窗口应尽也许宽。加大线圈宽度可削减线圈的层数。使沟通电阻Rac和漏感削减。还有,固定的爬电尺度对宽窗口影响较小。宽窗口需求线圈高度低,因而非常好运用线圈窗口面积。

铁氧体磁芯有罐型(国产GU型,世界P型)、PM、RM、PQ、EE、EC、EP、ETD、RC、UU和UI各种类型,以及新近发展的平面磁芯,如EFD,EPC,LP型等磁芯。

罐型和PQ型磁芯具有较小的窗口面积,窗口形状几乎是正方的。罐(P)型和PQ型磁芯比EE磁芯有较好的磁屏蔽的长处,削减了EMI的传达,用于EMC请求严厉的当地。爬电尺度耗费了窗口面积的大多数,窗口宽度远不是最好,只用于125W以下低功率场合。大功率运用散热艰难。缺点是引出线缺口小,大电流出线艰难。也不适宜多路输出,输出出线太多。也不宜高压运用,由于出线的安全绝缘处理艰难。

EE,EC,ETD,LP磁芯都是E型磁芯。相关于外形尺度来说有较大的窗口面积,一起窗口宽而高度低的构造,漏磁及线圈层数少,高频沟通电阻小。开放式的窗口没有出线疑问,线圈与外界空气接触面大,有利于空气流通,散热方便,可处理大功率。但电磁搅扰较大。

EC,ETD磁芯的中柱圆形截面与EE型一样矩形截面积时,圆形截面每匝线圈比矩形短大概11%,即电阻少11%,线圈损耗和温升也相应下降。可是EE型磁芯尺度完全,依据不一样的作业频率和磁通摆幅,传输功率规模从5W到高达5kW。假如将两副EE型磁芯兼并作为一体运用,传输功率乃至可达10kW。两副磁芯兼并运用时,磁芯面积加倍,如磁通摆幅和频率坚持不变,匝数削减一半,功率加倍比运用下一个大尺度的磁芯体积要小。

(3) 磁芯尺度挑选

磁芯尺度的挑选最常用的有三种办法,第一种是先求出磁芯窗口面积Aw与磁芯有用截面积Ae的乘积AP(AP=Aw×Ae,称磁芯面积乘积)。依据AP值,查表找出所需磁性资料之编号,谓之AP法;第二种是先求出几许参数,查表找出磁芯编号,再进行规划,称为Kg法;第三种是直接依据电路拓扑、输出功率、开关频率、磁芯资料和形状查表得出磁芯类型,为查表法。这儿咱们首要介绍AP法。

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