电路拓扑选定后,就需要确定电路的工作频率和变压器的磁芯尺寸,确保变压器在体积最小的情况下获得所需的最大输出功率。
要确定频率和变压器磁芯尺寸,首先要得出输出功率与变压器各参数(磁芯截面积,磁心窗口面积,骨架面积,峰值磁通密度,变压器工作频率及线圈电流密度等)间的数量关系。
通常根据公式来选择变压器磁芯和工作频率的时候,先假设变压器磁芯和工作频率,然后根据假定的数值和其他的一些参数来换算出变压器功率。如果功率不符合要求,那么就需要更改先前的假设,重复以上的过程。
1.变压器和电感器组成材料有四大类:磁芯、电磁线、骨架和绝缘材料。主要材料有磁芯(CORE)、骨架(BOBBIN)、底座(BASE)、漆包线(MAGNET WIRE)、铜片(COPPER FILM)、绝缘胶布(INSULATION TAPE)、套管(TUBE)、绝缘油漆(VARNISH)、环氧树脂(EPOXY)等材料。
1.1 磁性材料分类
磁性材料分硬磁、软磁、压磁、矩磁等。按材料组成分为铁氧体磁性材料和金属磁性材料。按结构分晶态、非晶态和微晶态磁性材料。
1.2 软磁材料。
1.2.1软磁性材料概述
软磁性材料主要有铁氧体、粉末磁芯、合金等等。本公司使用的都是软磁材料,所以在这着重介绍软磁材料。
软磁铁氧体材料有锰锌铁氧体、镍锌铁氧体和镁锌铁氧体。锰锌铁氧体用于频率为几百KHz至1MHz以下,镍锌铁氧体用于几百KHz至几十MHz以上频率。铁氧体材料是用碳酸锰或氧化镍、氧化锌、三氧化二铁(铁红)等原材按一定比列混合,经烧结、制颗粒、成型、再经约1千多度高温煅烧结晶而成。
粉末磁芯目前主要有四种Iron Powder core(铁粉芯)、MPP core、High Flux Powder core and Sendust Powder core(铁硅铝)。(MPP core原始成份为钼坡莫合金)。它们主要用合金雾化制成粉末,经控制粉未的绝缘层厚度来控制气隙尺寸范围,然后使用模具和高压压机压制成型,再高温处理,表面涂树脂或加外盖而制成。
合金软磁材料主要有硅钢片(有取向和无取向)、Pemendur合金、铁镍合金(坡莫合金)、非晶态合金(铁基非晶和钴基非晶)等。
各类软磁材料的基本特性如下:
1.2.2磁化曲线
磁化曲线(磁滞回线)
(1)磁化曲线---B、H曲线,磁性材料受到磁化时,磁通密度B随磁场强
度变化的曲线。
(2)初始导磁率ui---软磁材料在内部没有乘磁时受到DC磁场磁化,当磁
场很小,即H接近为0时的B/H比值。
(3) 饱和磁感应强度Bs---当磁场强度H达到一定值,磁化曲线达到平缓,
B值基本上保持不变,此时的B值称为Bs。
(4)剩磁Br---DC磁场H从磁芯的饱和状态衰减到0时,磁芯的磁通密度
并不为0,磁芯保留的磁通密度B叫剩磁Br。
(5)顽力Hc---当磁场反方向增加,使剩余的磁通密度变为0时的H值称
为矫顽力Hc。
(6)磁芯损耗---主要由磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗组成。磁滞损耗起
因于磁感应滞后于磁场的磁滞现象,与磁滞回线面积成正
比。涡流损耗起因于涡流效应,与使用频率成正比。剩余
损耗是除了磁滞损耗和涡流损耗后剩余的磁损耗,低频时
为一常数,高频时与频率有杂函数关系。
(7)损耗因数tanδ---等效于电阻与感抗之比tanδ=Rs/ωLs。
(8)居里温度T---磁芯的磁导率随着温度的变化而变化,磁导率随温度变
化的曲线称为磁导率-温度曲线。当在某一温度点,磁性
材料的磁性突然减少90%以上,直至磁性消失,此点温
度称为居里温度。
1.2.3锰锌铁氧体材料
(1)锰锌铁氧体分类:
从性能主要有四类:功率材料、高μ型材料、高Q材料和高μQ材料等。按导磁率μ值分主要有:R600、R1K、R1.5K、R2K、R2.3K、R2.5K、R3K、R5K、R7K、R10K、R12K、R15K。本公司常用功率材料和高u材料。
(2)锰锌铁氧体的主要特点。
功率型锰锌材料的特点是低损耗、高Bs值、高居里温度、温度曲线较好,高电阻率,其μ值一般小于3000(其结构特点是晶粒较小而匀均,晶体的畴壁较厚)。
高μ锰锌材料是指μ值为3K以上的材料,为了使μ值的升高,生产过程中通过提高温度,使材料的内部晶粒增大和晶体的畴壁变薄。
(3)典型品牌材料特性
MnZn功率铁氧体材料特性表
铁氧体材料种类和特性
其他特性不再一一列举,上面只是放了一些例子。
锰锌铁氧体材料形状规格简介
铁氧体磁芯形状主要包括EI CORES、EE CORES、EP CORES、U CORES、ETD CORES、EC(EER) CORES、POT CORES(罐型)、RM CORES(凌型)、PQ CORES、TOROIDAL CORES(环型)、DR CORES (工字型)、 SQE CORES(日字型)、SQ CORE(口字型)、 DRUM CORES(鼓型)、ROD CORES(棒型)等等。
1.2.4镍锌铁氧体材料
镍锌铁氧体材料电阻率高,居里温度高,高频特性好,主要用作各种高频滤波电感。锰锌材料的导磁率范围μ10 ~2500,μ值越小适用频率越高居里温度越高,μ值越大适用频率越小居里温度越低。
1.2.5 Iron Powder core(铁粉芯)
(1)Iron Powder core 简介
目前生产的Iron Powder core μ值范围为10-100,μ值越小,越不易饱和,DC BIASED 电感降落越小,但材料成本就越高,一般我们常用铁粉芯μ值为75(-26,-52)、55(-18)、35(-8)。
铁粉芯的使用要考虑磁芯老化问题,因为老化的结果是磁损耗不可恢复性的增加,从而使温升增加。以磁损和时间关系来考量它。导致老化的主要因素为:时间,周围环境温度和空气流通,工作温度,磁芯体积和形状(散热面积),工作频率,峰值交流的磁通密度,材料类型和制造厂等等。从事例中得知,设计等于或小于100℃的工作温度时,出现老化的时间可达到100000小时或以上,具体老化时间可以在软件中模拟计算。
1.2.6 MPP core (镍-铁-钼粉芯Ni-Fe-Mo,Molybdenum Permalloy Powder core)
High Flux Powder core(镍-铁粉芯)
Sendust Powder core.(铁-硅-铝粉芯)
如有需要这方面的知识请在下面留言,没有需要将不再讲述。