[發(fā)明專利]一種提高氣隙磁芯電感系數(shù)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310003062.3
• 申請(qǐng)日: 2013-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN103065771B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王保均
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號(hào): H01F27/24
• 分類號(hào): H01F27/24;H01F41/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁芯，特別涉及提高氣隙磁芯電感系數(shù)的方法。

背景技術(shù)

磁芯：磁芯是指由各種氧化鐵混合物組成的一種燒結(jié)磁性金屬氧化物。磁芯的用途極廣，從上世紀(jì)80年代開始，計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入上世紀(jì)90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，家用電器中，像彩電、路由器、手機(jī)充電等都采用了開關(guān)電源供電，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)、磁芯技術(shù)的迅速發(fā)展。

這么多開關(guān)電源中，對(duì)磁芯的要求也是各不相同的，像常見的反激變換器(FLY-BACK)中，就需要對(duì)磁芯開一個(gè)相對(duì)較大的氣隙來儲(chǔ)存能量，同時(shí)調(diào)節(jié)電感量來達(dá)到設(shè)計(jì)要求，像一些用諧振技術(shù)工作的開關(guān)電源，如反激準(zhǔn)諧振變換器，或LLC諧振變換器，都需要調(diào)節(jié)氣隙來獲得合適的電感量。

也有一些開關(guān)電源和其它用途，在工作時(shí)磁芯是不需要?dú)庀兜模?955年美國羅耶（G.H.Royer)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，也作Royer電路；以及1957年美國查賽（Jen Sen，有的地方譯作“井森”)發(fā)明的自激式推挽雙變壓器電路，后被稱為自振蕩Jensen電路或Jensen電路；這兩種電路，后人統(tǒng)稱為自激推挽式變換器。自激推挽式變換器的相關(guān)工作原理在電子工業(yè)出版社的《開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)》第67頁至70頁有描述，該書ISBN號(hào)7-121-00211-6。電路的主要形式為上述著名的Royer電路和自振蕩Jensen電路。

上述Royer、Jensen電路的特點(diǎn)為：利用磁芯飽和特性進(jìn)行推挽振蕩，變壓器輸出波形為近似方波，電路的變換效率較高。磁芯要在特定的時(shí)間瞬間接近飽和狀態(tài)，所以無法采用存在氣隙的磁芯。上述自激推挽式變換器必需使用磁飽和式磁芯，而磁芯加氣隙是公知的抗磁飽和的手段。

另一種不利用磁芯飽和特性進(jìn)行推挽振蕩的自激推挽式變換器，在人民郵電出版社1990年出版，王桂英編著的《電源變換技術(shù)》第57頁至70頁有描述，該書ISBN號(hào)為7-115-04229-2/TN·353。在該書中57頁第三節(jié)的第三段第二行(圖2-28上的第三行)已提到：變壓器工作在非飽和狀態(tài)，變壓器的體積比較大。

自激推挽式變換器在目前的開關(guān)電源領(lǐng)域中，由于在小信號(hào)模型中，唯一的交流小信號(hào)輸入阻抗為正的電源，而其它開關(guān)電源的交流小信號(hào)輸入阻抗為負(fù)，交流小信號(hào)輸入阻抗為負(fù)的開關(guān)電源并聯(lián)使用時(shí)極不方便，自激推挽式變換器的交流小信號(hào)輸入阻抗為正，并聯(lián)、級(jí)聯(lián)使用極為方便，所以得到廣泛使用。2011年，全球工業(yè)領(lǐng)域新增近7000萬只自激推挽式變換器微功率電源模塊中，幾乎全部采用磁路閉合的磁環(huán)繞制變壓器。這里所述的磁路閉合，也作磁通閉合，是指磁通都在磁材中穿過，沒有經(jīng)過極低導(dǎo)磁率的如空氣這樣介質(zhì)。

再如，像網(wǎng)絡(luò)變壓器，如以太網(wǎng)用的RJ45集成變壓器，接口變壓器，也是采用無氣隙的磁環(huán)繞制的。

再如，優(yōu)質(zhì)共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，有的文獻(xiàn)又叫共軛電感，也是無氣隙的磁環(huán)繞制的，以期獲得最大電感量；共模電感也有對(duì)性能要求不高的，采用鏡面磁芯組合繞制的。圖1示出了這類經(jīng)典磁環(huán)的結(jié)構(gòu)圖，圖2為這種磁芯的方形磁滯回線，其中+B_m、－B_m為磁芯的兩個(gè)磁飽和點(diǎn)，事實(shí)上，這個(gè)曲線是接近矩形的，圖2為了清楚地看清曲線，把橫軸H的單位刻度變小，圖形在橫軸水平方向被拉長了。

圖3示出了磁芯開氣隙后磁滯回線圖，圖3中的“有氣隙”所指的實(shí)線為圖1對(duì)應(yīng)的磁芯開很小的氣隙后的磁滯回線；圖3中的“無氣隙”所指的虛線為對(duì)比用的磁滯回線，和圖2相同。共模電感也有采用鏡面磁芯組合繞制的，其磁滯回線就是類似圖3中所指的“有氣隙”所指的實(shí)線。

實(shí)際使用中，測(cè)量磁滯回線是一件很費(fèi)時(shí)、成本很高的試驗(yàn)。一般都用電感系數(shù)來反映磁芯的性能，電感系數(shù)記作AL，電感系數(shù)是衡量線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)能力的物理量，一個(gè)磁芯，繞上一定圈數(shù)的導(dǎo)電線后，其電感量=電感系數(shù)×線圈圈數(shù)平方，記作：

L為有磁芯線圈的電感量，AL為電感系數(shù)，N為線圈圈數(shù)，那么：

從式(2)可以看出，電感系數(shù)的測(cè)量是很容易的事，當(dāng)線圈圈數(shù)為一匝時(shí)，測(cè)出來的電感量即為電感系數(shù)AL，當(dāng)然，一匝線圈本身測(cè)量誤差較大，一般采用多匝測(cè)量，再計(jì)算出電感系數(shù)AL。

用電感系數(shù)對(duì)無氣隙的磁芯與開氣隙的磁芯進(jìn)行對(duì)比，就可以反映出圖3中“有氣隙”磁滯回線的接近“無氣隙”磁滯回線的程度。