带气隙的磁心系数特性及磁心使用方法.PDF

带气隙的磁心系数特性及磁心使用方法 1 2 张占松 王奉瑾 (1.广东省电源学会 广州 510090，2.浦天利光电技术有限公司) 摘要： 磁路是开关电源的关键，介绍一些心得和体会 关键词： 带气隙磁心 系数 特性使用注意 一、 开关电源拓扑结构通过高频地开通—关断脉动方波电流宽度的变化来达到转换电能的 目的，从而取得合适的电压、电流等级及所需电能质量标准。如果输入输出之间要求隔离则 至少要用到变压器，如果输入输出之间不要求隔离则要用到电感器（小功率时用电容器）。 它们实质地进行了电—磁—电的转换。其电流变化△I在工作原理上反映在B-H磁滞回线上△ H—△B的变化。其中△I是首先变化的变量。因此传送转换的能量是磁滞回线的基本磁化曲 B 2 1 ⋅ P f Ve HdB 线与纵轴之间的阴影面积 。传送功率可以表示为： ∫ B 1 式中 f : 电流△I变动频率 Hz Ve：电磁转换所用的磁元件体积cm3 H：△I 引起的磁场强度 T dB:磁通密度变量 Ve 磁元件可以是一种磁质的磁路，也可以是多种磁质的磁路，多种磁质的磁路最常见的 是带气隙的磁心。为求得性能稳定可靠气隙中满填青壳纸或胶木板，可以说明在短短的气隙 中容纳的能量比磁路中的大得多，因此加了气隙时可以在相同的△H 变化下传递更大功率而 显著减少开关电源的体积。因此普遍采用这种多种磁质的磁路。设计时一种磁质的磁路好处 理；带气隙的磁路，有了两种磁质设计时很难处理。即使有相当理论深度者也不能掉以轻心。 往往在没有深入做理论考虑就动手制作，一切希望推到现场调试解决的话，会引起意想不到 的困难。笔者曾经用过制作得很好、工艺考究、工作点为 1200A 电流系统，电压 440V 的电 抗器，直接用在现场调试。由于未作较精确计算，现场调试主要依靠改动气隙（垫上各种厚 度的胶木板）改动电感值来解决问题，这时遇上各种实际问题，即使最后调好系统但稳定运 行时的紧固方法不好解决，最后这个电抗器要推倒重来。 本文重点阐述带气隙磁路的设计方法，包括一些不常见到的磁参数歧义区别以及一些使 用体会。 二、 磁元件是为所有电工器材提供，高频开关电源磁元件只是系列簇群中很少的一部分。不 远的过去磁件绝大多数都是针对市电（50Hz）或是 MHz（无线通讯）低频和极高频。随着二 十来年，电力电子变换技术呈显现节能缩体功效，才把工作在 20kHz至 MHz之间优良磁元件 陆续研制出来。这样等于磁体系列上填补了空白。但是由于制造商不甚了解每个行业的具体 要求，多数只能给出一般参数，而且这些参数测定条件都是特定的，不一定符合实际使用要 求。例如，一般均无给出带气隙后的参数。其中很重要原因是气隙是由使用者直接确定的一 个参数。 下面分析一下磁心的参数磁导率。 （1）磁导率 物质的磁性要用磁谱描述，广义地说物质磁性与频率的关系。狭义来说，磁谱是强磁性 物质在弱变磁场中起始磁导率μo与频率的关系。磁导率有如下几种定义域： 1. 磁导率在静态下是一矢量。在多向异性的线性磁性介质的磁导率应用多分量形式方程组 表达； 2. 在多向同性的线性磁性介质，磁导率是一标量或为一实数； 3. 磁导率在动态（交变磁场）下，μ不是标量而是复数； 4. 交变磁场还有偏磁（即恒定磁场）下磁导率又变为一个矢量，方向同向时，用复数来进 行研究，下面只从工程角度说明一些概念。 磁导率是描述磁路 B/H 的参数，也是磁路上最重要的物理参数。由于 B—H 是非线性的，比 值也就可以分段定义成若干个。这样虽让人眼花，但不能认为多此一举。下面作进一步分析。 我们定义真空为磁路时磁导率μ0=1 为真空磁导率；某一材料磁导率与真空