張占松：帶氣隙的磁心系數(shù)特性及磁心使用方法

    為了制作開關(guān)電源的變壓器 或電感器選擇磁心，必須對(duì)磁心概況有深入了解。而目前電源設(shè)計(jì)人員往往忽視了這一點(diǎn)。張占松教授介紹，在高校的電子電子等專業(yè)中也少涉及到磁性的內(nèi)容，這給從事開關(guān)電源設(shè)計(jì)的工作帶來了很多麻煩.

    磁心按歷史發(fā)展過程分為三類。金屬—鐵粉心—鐵氧體。以前電機(jī)、變壓器是工作在工頻50Hz。此時(shí)用高磁導(dǎo)率、高B值金屬作鐵心很合適，隨著工作頻率提高鐵心產(chǎn)生大的渦流。因此用這種金屬粉末與絕緣材料在不同比例下混合壓制成形，經(jīng)燒結(jié)成硬體磁心，這就統(tǒng)稱為鐵粉心；隨著科技的不斷發(fā)展，上世紀(jì)中頁(yè)開發(fā)了新一類的磁心稱為鐵氧體，它寶貴的優(yōu)點(diǎn)是有較高的磁導(dǎo)率、電阻率，其值比鐵粉心高出很多，在10³～10⁶Ω·cm范圍內(nèi)，這樣就為縮小體積高頻化工作場(chǎng)合提供了既廉價(jià)又有較好電磁特性指標(biāo)的磁心，但不足之處是Bs值低，傳遞功率不及前面二類磁心。如此說來，80年代后風(fēng)行的高頻開關(guān)電源功率不大的變壓器。電感器較適合用鐵氧體。所以總體而論，金屬—鐵粉心—鐵氧體排列順序體現(xiàn)了功率處理越來越小，工作頻率是越來越高，允許放置的地域空間也是越來越小。近年來其中非晶納米晶多種金屬粉末混合的磁粉心出現(xiàn)許多新的特色，顯示了不可替代的活力，引起人們不少的關(guān)注。但在性能穩(wěn)定上還有待改進(jìn)。

    我國(guó)磁心制造業(yè)雖然起步較晚，但是已執(zhí)行與國(guó)際接軌的自定的國(guó)標(biāo)，而且工藝方面特色顯著，開關(guān)電源使用方面在扼流圈、磁珠、防雷、抗EMI、EMC等處磁元件非常之多。其中國(guó)產(chǎn)的高頻穩(wěn)定鐵粉心，非晶粉心、鐵氧體達(dá)到相當(dāng)高的技術(shù)指標(biāo)。例如上海鋼鐵研究所的高頻粉心工作頻率在1kHz～1MHz,電感變化量為0.77%，100kHz時(shí)的Q值是鉬坡莫粉心的8倍。我省珠江三角洲地帶多家合資企業(yè)產(chǎn)品在國(guó)際上有很高的地位。再如浙江省東磁公司致力從事新型磁性材料與器件的研發(fā)，產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化孵化、磁材檢測(cè)體系標(biāo)準(zhǔn)化。為此設(shè)立研究院投資6000萬元。已研發(fā)的有用于LCD PDP的電源變壓器 MnZn鐵氧體DMR90,使用一般開關(guān)電源變壓器液晶顯示背投電源變壓器的DMR95,適用輸出濾波電感的DMR24,適用于便攜設(shè)備（非背投照明）開關(guān)電源變壓器的DMR46, 有可工作2.5～5.6MHz的高頻軟磁低功耗材料DMR51,還有抗EMI用DN1502鐵氧體材料。

 隨后張老師介紹了開關(guān)電源磁元件—電參數(shù)處理的幾點(diǎn)體會(huì)：
1. 磁損耗銅損耗及附加損耗是影響效率關(guān)鍵。在磁損耗方面決定了△B值需慎重。選擇磁心材質(zhì)方面也重要。鐵氧體和磁粉心的磁損耗，一般前者很小，后者很大。用的工作頻率也很重要，甚高頻時(shí)（大于100MHz）鐵氧體磁損也要經(jīng)數(shù)值計(jì)算。在大紋波電流也如此。
2. 在選擇導(dǎo)線及銅損耗方面，溫度系數(shù)要考慮進(jìn)去。一般所給是20℃下的直流電阻，工作升溫后電阻會(huì)增大。一般按0.43%/℃速率增加，例如，當(dāng)80℃時(shí)直流電阻值比20℃時(shí)上升了34.3%
3. 在扼流圈后面交流紋波仍不合要求時(shí)可以再設(shè)置第二級(jí)濾波器。這時(shí)一般采用開口狀磁棒磁心。這意味著有大氣隙尺寸，可以防止大直流電流下棒的飽和。選用鐵粉棒狀磁心有成本低的好處，而且一些初始磁導(dǎo)率的鐵粉心也可適用，因?yàn)闅庀洞蟮木壒省?BR>4. 當(dāng)出現(xiàn)EMI、EMC問題時(shí)，把鐵氧體改選為鐵粉心是個(gè)可試驗(yàn)的方法。由于鐵粉心氣隙分布在磁路全程中，從而相對(duì)磁場(chǎng)干擾就小很多。但注意到這種材料高頻損耗較大（相對(duì)鐵氧體而言）使用時(shí)，可以繞成單層繞組，目的是減少繞組間的等效電容，從而減少繞組兩端寄生的交頻噪聲，使電壓波形、電流波形更符合理論值。在改為鐵粉心后，如允許降低些工作頻率運(yùn)行，減少高頻磁損耗。這時(shí)降低△B擺幅值，或B值均有異曲同工之效。
5. 環(huán)形磁心由于機(jī)械強(qiáng)度保證的需求往往截面積稍大一些，這就直接影響到環(huán)形磁心的窗口面積，加上批量生產(chǎn)環(huán)形繞組繞線由繞線機(jī)進(jìn)行，會(huì)剩余較大窗口面積（手繞線除外）。
因此環(huán)形磁心溫升驗(yàn)證容易過關(guān)，決定選擇環(huán)形磁心的條件是磁的性能。這一點(diǎn)與通風(fēng)不良的E形磁心溫升是選擇的條件是截然不同的。
6. 磁滯回環(huán)的非線性特性磁心用在扼流圈時(shí)，使得小信號(hào)動(dòng)態(tài)電感值減少，為了不減小一般引入氣隙。氣隙在此有使之線性化作用。但是在某些場(chǎng)合，人們不希望是線性化的，而且有非線性化功能。例如設(shè)計(jì)擺幅扼流圈。這種扼流圈在小負(fù)載時(shí)L值上升，使小負(fù)載時(shí)電流波形連續(xù)，系統(tǒng)運(yùn)行容易穩(wěn)定；中負(fù)載大負(fù)載時(shí)L值下降，有利于減小扼流圈的體積；過負(fù)載時(shí)仍有極低的L值，這樣可以使磁心不飽和，系統(tǒng)有一定過載能力。
7. 在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中優(yōu)化法、表格法、和諾模圖法均是可行的。使用中各人均要摸石子過河，可以各有體會(huì)。現(xiàn)在，本人較推薦諾模圖法，因?yàn)樗�涉及參�?shù)較多，使用非常方便。