磁放大器扼流圈的铁心.pdf

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1、磁放大器扼流圈的铁心钴基非晶VITROVAC6025ZEdition2003CN-KB-002-MagAmp6025Z1.磁放大器原理基础1.1用于输出控制的磁芯方案磁放大器（MagAmp）控制技术在过去50Hz年代里已经成为质量可靠性的代名词，即使在当今的开关电源应用中也依然如此。今天，磁放大器主要用于多输出开关电源来控制输出电压。带有磁放大器调节的推挽式正向转换器及更新的反向转换器原理也已经建立起来。在大多数电源中，只有一个次级输出电压是通过初级电压进行闭环调节，其他的次级输出电压都保持开环状态。这些输出的动态特性由负载及初级转换电压所决定。要控制各种

2、彼此独立的不同的输出电压，就要运用不同的调节原理。传统的线性调节器不仅降低了转换效率，而且输出电流常被限制为1或2安培。由于调节器虽然提高了效率却增加了电路，因此价格更高且可靠性差。较之线性调节器，由于设计简单，磁放大器调节原理提供了一个低成本，高效率而又可靠的解决方案。它极大地满足了对现代开关电源日益增长的要求。即使在较高的转换频率下，也能实现90％以上的效率。低射频（RF）干扰使滤波更加方便。倍受欢迎而又特别经济的磁放大器是那些性能范围介于20W到1500W输出功率及电流约1到30A的产品。而新一代超紧凑低压ICS（2.9V，3.3V）的小型磁放大器磁

3、芯，也以诱人的价格供应市场。1.2VAC磁芯随着频率的提高，磁芯特性已变得越来越重要。自从VAC客户第一次使用钴基非晶VITROVAC6025Z-当时VAC最新的磁芯材料进行测试以来，到现在已经快20年了。VITROVAC6025Z磁芯的性能从一开始就让人信心十足。从那天起，磁芯就一直在不断地被改进。直到今天，更是用于现代电源输出调节的近乎完美的合金代表。本手册描述了VITROVAC6025Z磁芯的VAC标准类型以及他们的磁特性、测试方法及保证值。VAC，是欧洲第一家提供非晶及超微晶磁芯及由其制成的感性原件的供应商。VAC磁芯及原件的应用领域为数字通讯设备

4、用的变压器及扼流圈，SMP’S及高达几十千瓦功率的变压器。VAC自1993年来一直符合ISO9000标准。1.3基本工作原理磁放大器扼流圈的核心是一个由软磁合金制成带有矩形磁滞回线的环形磁芯。在大多数情况下，只有一组线圈是用来工作及控制电流的。对于扼流圈材料的规格要求是非常高的。除了低磁性反转损耗（影响到热聚散，控制电流，效率）以外，以高顽磁（影响到控制范围）为特点的矩形磁滞回线及好的饱和特性也是必须的。基于这个原因，非晶钴基合金如VITROVAC6025Z已经作为理想材料而广为接受。磁放大器的功能可以描述成类似于开关晶体管的高速开关。矩形B－H回线与两种

5、工作状态相关。只要扼流圈一受磁，开关就断开，电流就不能输出。一旦磁芯材料达到饱和，开关就接通，电流即开始输出。这个结果是基于扼流圈在进入饱和条件时，它的阻抗

6、Z

7、（或介电常数L或磁导率µ）要经过3－4数量级的快速变化。这个开关功能用于由相关的次级线圈产生的电压脉冲的脉宽控制（在这个脉冲被输出滤波器整流和滤波之前）。图一给出一个工作原理的图解。调停信号发生在脉冲的上升沿，并对电压上升时间延迟∆tReg。当磁芯达到饱和状态时，“关”的状态就被打到“开”的位置上。通过调整延迟时间∆tReg就可能取得输出电压的精确调节。例如如果输出电压太高，在脉冲上升沿的延迟时间

8、就加长，结果输出电压就下降直到达要求值。根据电感的规律，通过改变磁滞回线上的工作点A，就可以调整∆tReg（见图二）及它的磁通密度变动∆BReg：∆tReg＝N×AFe×∆BReg/û∆tReg＝N×ΦReg/ûN表示匝数，AFe有效磁截面，û所加电压。ΦReg＝AFe×∆BReg，指从操作点到饱和点的磁通量。在初级开关晶体管关闭期间，磁放大器从饱和点到操作点A的复位是通过加入反向电流来取得的。关于调整电路的一些说明见附录4.3。图一显示了一个带有0.5个占空比单相正向变压器在电路中不同位置的电压及电流波形。u1代表变压器的输出电压。波形uMagAmp显示

9、了加在磁放大器上的电压。请注意复位（复位区）及随后的延迟期（延迟区）的电压二次乘积是相等的。磁放大器的输出电压为波形u2。u2＝u1－uMagAmp。平滑滤波器输入端的整流电压为u3。图一中“死区”∆tdead是由于现实的磁性材料无法达到理想中顽磁与饱和间的区别（即使非晶材料已非常接近于理想状态）。即使没有控制电流，磁芯也会从顽磁被磁化到饱和。这期间，电压被扼制住，因而无法输出。死区依赖于剩余磁通密度变化∆Brs。当然，也与磁截面及匝数相关。自然在定义发射机输出电压时，要考虑到这个额外压降。它主要影响扼流圈的设计即截面及匝数。2.VITROVAC6025Z

10、磁芯特性2.1磁特性表一：VITROVAC6025Z磁芯特性（典型