PDF《Spang & Co 公司分部》

Spang &

Co 公司分部 公司分部 公司分部 公司分部 ? 开关电源使用的 磁芯 简介 简介 简介 简介 开关电源(SPS)的优点大家都很清 楚.

这些装置中所用的各种电路也在文献中 说明得非常清楚.磁芯在开关电源电路中起 重要作用.磁芯可由多种原料经一系列工序 制成,可以有各种形状和大小,如图1所示. 每种材料都有自己的特性.因此,必须 参考材料特性考察具体情况下对电源磁芯的 要求,从而选择适当磁芯. 本文介绍开关电源磁芯所用的各种磁 性材料、制造方法以及和电源主要部分相 关的有效磁特性. 磁芯可分为以下三种基本类型:(1) 绕带磁芯,(2)磁粉芯,(3)铁氧体. 图图图图1: : : :各种磁芯. 以下 MAGNETICS 资料详细讲述另外一些磁芯资料,包括材料说明和特性,以及尺寸和 特别设计资料: 铁氧体磁芯…技术公报 FC-601 钼坡莫合金和高磁通磁粉芯.技术公报 MPP-400 铁硅铝磁粉芯…技术公报 KMC-2.0 高磁通磁粉芯…技术公报 HFPC-01 绕带磁芯…技术公报 TWC-500 切割型磁芯…技术公报 MCC-100 电感器磁粉芯设计软件 www.mag-inc.com 共模电感器设计软件 www.mag-inc.com 目录 绕带磁芯…1 磁粉芯…3 铁氧体磁芯…5 图图图图2:TWC 剖视图. 绕带磁芯 绕带磁芯 绕带磁芯 绕带磁芯 图2是典型绕带磁芯的剖视图.这个磁芯由磁 合金窄带制成,厚度为 1/2 密尔到

14 密尔.宽度 为1/8 到若干英寸.金属带首先切成所需宽度, 并覆盖上薄的绝缘材料涂层,然后绕制在芯棒上, 一圈包着一圈,一直绕到预定厚度.最后一圈通过 点焊焊接在前一圈上,防止松开. 绕制时磁芯材料受压,所以会丧失部分磁性. 为了恢复这些失去的磁特性,磁芯必须在氢气炉中 退火,退火温度接近 1000°C. *频率极限是根据处于磁通饱和或接近饱和状态下的材料获得的.频率越高越好,这样磁感应强度就越低-参见正文.

1 MAGNESIL? 16.5

750 0.012 ( ( ( (3% SiFe) 0.006 0.004 0.002

100 Hz

250 Hz

1 kHz

2 kHz SUPERMENDUR ( ( ( (铁钴钒合金材料 铁钴钒合金材料 铁钴钒合金材料 铁钴钒合金材料) ) ) ) ORTHONOL? ( ( ( (50% Ni) ) ) )

21 940 0.004 0.002

15 500 0.004 0.002 0.001

750 Hz 1.5 kHz 1.5 kHz

4 kHz 8kHZ 坡莫合金 坡莫合金 坡莫合金 坡莫合金 ( ( ( (80% Ni) ) ) ) 非晶 非晶 非晶 非晶 2605SC ( ( ( (铁铁铁铁基 基基基) ) ) ) 7.4

460 15.5

370 0.004 0.002 0.001 0.0005 0.001

4 kHz

10 kHz

20 kHz

40 kHz

20 kHz 非晶 非晶 非晶 非晶 2605-S3 ( ( ( (铁基 铁基 铁基 铁基) ) ) )

14 370 0.001

100 kHz 非晶 非晶 非晶 非晶 2714A ( ( ( (钴基 钴基 钴基 钴基) ) ) ) 5.75

205 0.001

300 kHz kHz 磁材料 磁材料 磁材料 磁材料 饱和 饱和 饱和 饱和磁感应 磁感应 磁感应 磁感应 强度千高斯 强度千高斯 强度千高斯 强度千高斯 ( ( ( (Bm) ) ) ) 表表表表1:绕带磁芯材料的磁特性 居里温度 居里温度 居里温度 居里温度 °C ( ( ( (TC) ) ) ) 使用 使用 使用 使用频率上限 频率上限 频率上限 频率上限* 带厚 带厚 带厚 带厚( ( ( (英寸 英寸 英寸 英寸) ) ) ) 频率 频率 频率 频率 确切的温度和冷却循环根据材料不同而有所变化,而且对于实现最佳磁特性至关重要. 将磁芯置于保护容器内,并使用少量硅化合物作为缓冲物,保护磁芯免受冲击或振动, 冲击或振动很容易减弱磁芯磁特性.测试后磁芯就可以出厂了. 绕带磁芯使用的合金一般是 Magnesil? (马格尼西合金)、铁钴钒合金材料、 Orthonol? (镍铁磁芯材料)、坡莫合金和 Metglas? .表1是这些材料的数据比较.图中最后 两列是可达到的材料厚度和针对每种厚度推荐的最高工作频率. 马格尼西合金 马格尼西合金 马格尼西合金 马格尼西合金是硅铁复合物,主要用作低频材料.对于工作频率为60Hz的磁芯,这种材 料是最佳选择,因为在以上材料中它的磁感应强度最高,而且成本最低. 铁钴钒合金 铁钴钒合金 铁钴钒合金 铁钴钒合金材料是50%钴基合金,由于经特殊处理,矩形度和磁感应强度都很高.建议 体积极小或工作于高温下的装置使用这种材料. 镍铁磁芯材料 镍铁磁芯材料 镍铁磁芯材料 镍铁磁芯材料 是50%Ni - 50%Fe 的复合物,磁感应强度比马格尼西合金低,但是损耗 更小,并可在更高频率下工作.通过比较材料厚度相同时的推荐频率可看出这一点.2密尔 马格尼西合金的最大频率是2kHz,而镍铁磁芯材料是4kHz.而且,镍铁磁芯材料比马格尼 西合金贵. 坡莫合金 坡莫合金 坡莫合金 坡莫合金是 80%Ni ― 20%Fe 的复合物,磁感应强度比前三种材料都低.但它的工作频 率最高.例如,2密尔厚的坡莫合金可用于频率为 密尔厚的坡莫合金可用于频率为 密尔厚的坡莫合金可用于频率为 密尔厚的坡莫合金可用于频率为10 kHz 的场合. 非晶 非晶 非晶 非晶可提供材料的厚度可达 1密尔.磁芯处理方法和其他绕带磁芯相同.合金 合金 合金 合金2605是铁 硅合金,可制成切割型磁芯形式,这种材料的储能量比坡莫合金高.(切割型磁芯的制造方 法和绕带磁芯相似,只不过切割型磁芯是矩形并切成两部分,两部分之间有气隙).合金 合金 合金 合金 2714A 是钴基合金,磁导率和矩形系数都较高,而磁芯损耗较低.由于这些特性,这种材料 适用于高频场合,例如开关电源的磁放大器. 绕带磁芯材料的频率上限由如下因素确定:在饱和变压器中,使磁芯在中等温升下即可 饱和的最高频率.如果允许大温升,或磁芯工作磁感应强度低于饱和磁感应强度,那么频率 可高于表中所列频率. 应注意,这些材料的居里温度都很高,这也是多数磁性金属的特性.居里温度就是材料 丧失磁性的温度.金属的居里温度比功率应用中使用的铁氧体高.