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磁性材料與變壓器相關的微妙關係

磁性材料與變壓器相關的微妙關係

發布日期:2017-03-18 作者:小編 點擊:

磁性材料以及變壓器的設計,主要說三種,一是矽鋼片構成的工頻變壓器,一種鐵矽鋁鐵粉芯磁環,還有一種是錳鋅鎳鋅材料構成的磁環。三種應用於不同場合,其中矽鋼片主要用於工頻變壓器,因為U值在1.5K附近,適中,Bsat值大,達1.5T,因此抗磁飽和強度。鐵矽鋁鐵粉芯材料U值低,一般在百附近,B值相對矽鋼片小,但是比高導材料大很多,主要用於直流分量大的場合。比如用於BUCK連續電流電路。而錳芯鎳鋅磁導率很高,最高最達10K,因此耦合性很好,主要用於小信號耦合傳輸。比如驅動信號以及電壓電流采樣。這種材料主要繞幾匝就能滿足感量要求以及合適的激勵電流。

  說說變壓器的設計

  首先亚洲AV国产AV手机在线知道變壓器是一個激勵電感和理想變壓器構成,當然還有初次級漏感。但亚洲AV国产AV手机在线可以先假設漏感忽略不記。那麽變壓器主要參數就是激勵電流和匝數了,也就是磁動勢。這直接和B值有關。其他條件不變下,NI越大,B值越大,越容易磁飽和。那麽好了,現在討論下NI值怎麽取才能讓B值處在一個安全的範圍內。

  相信大家知道B=UH,這是定義出來的,U就是磁導率,就是B與H的比值,U不是常數,但是在小H下B與H成線性關係,而H=KNI,K是比例常數,N是匝數,I是激勵電流。那好了,如果要減小B值就得減小NI乘積。激勵電流I是和電感量成反比的。如果增大電感量則激勵流會下降,但是N就得增大,否則電感量如何上升。亚洲AV国产AV手机在线知道電感量又和N^2成正比,L∝N*N?μ。而U=LI/T,把L值代進去得U∝N*N?μ?I/T。所以

  B=μH=kμNI=k/=KUT/N

  由此式可知B∝1/N。所以增大N就能減小B值,所以理論上亚洲AV国产AV手机在线最好讓N值無窮大,這樣B不容易飽和,但是實際情況總有個度,首先就是亚洲AV国产AV手机在线的變壓器功率。

  因為亚洲AV国产AV手机在线總要輸出一定功率,否則變壓器就失去了作用。既然要輸出功率那麽肯定有一的電流過繞線,若取得很細,則線壓降很大,線損很大。若線取得粗則磁環大小限製,不能繞下那麽多繞線,所以匝數就有限。除非增大磁環。當然亚洲AV国产AV手机在线不必要取B值太小,否則磁環利用率低,所以亚洲AV国产AV手机在线要取個平衡值。

  因此變壓器設計首先考慮功率輸出,然後確定需要多大的導線。線徑確定後就開始選擇磁環大小。根據磁環大小來得到一個合適的L值,在該值下算出I,然後乘以N,看是否超出B值,若超出則增大N,直到B值在一定範圍內,假如線繞不下則換體積更大的磁環。下麵驗證為什麽不增大導率減少N以用小體積磁環得到大功率輸出。

  同一磁環不同N下B值趨勢:

  由上麵推導知道B1/B2=N2/N1。所以增大一倍匝數,則B值減少一半。

  ①相同形狀L相同Ur不同下。首先L值不變,因此I值也不變。高μ值下必然得減少N值以保持L不變,所以由L∝N^2*μ知,

  N1^2*μ1=N2^2*μ2,

  所以μ1/μ2=^2。

  所以N2=*N1。

  由B=KμH得,當形狀一樣時K相同。B2/B1=√。所以μ值增大兩倍則B值增大√2倍。所以雖然增大μ值能減小N,但是付出的代價確是B值更加趨於飽和狀態。

  對於BUCK電路,磁環上的繞線純粹是充當電感,所以流過多少就是多少激勵電流。因此BUCK電路一般很少用高磁導率的磁環,而且假如有直流分量的話最好用鐵矽鋁或粉芯,首先他們磁導率低,第二B值大,不容易磁飽和。第三工作頻率能上幾十KHZ。又因為矽鋼片不適合高頻,所以BUCK很少使用矽鋼片做磁環。

  總結一下

  能增大N盡量增大N,能用低μ值盡量用低μ值。前提是保證耦合性好。同一磁環增大N則減少B,不同磁環相同L,μ值大,則B值大。

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來源:中國變壓器網

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