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PD电源适配器充电器中磁心的特性与选用

发布时间:2022.12.12 15:18 浏览次数:126
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软磁铁氧体材料常用在高频变压器、电感、脉冲变压器以及PFC中的升压电感中,在PD电源适配器充电器中是一种非常重要的元件。但是,我们不能十分有把握地掌握磁性材料的特性,以及这种特性与温度、频率、气隙等的依赖性和不易测量性。在选择铁氧体时,它不像其他电子元件那样可以测量,它的具体参数、特性曲线在显示测量仪器上也不是一目了然。为什么高频变压器、电感器要自己设计呢?因为所涉及的参数太多,例如电压、电流、温度、频率、电感量、变比、漏感、磁性材料参数、铜耗、铁损、交流磁场强度、交流磁感应强度、真空磁导率、矫顽力等十几种参量。设计开发人员对高频变压器的设计制作,是PD电源适配器充电器设计制作的头等重要任务。想要生产厂商为用户设计、生产出现成产品是非常困难的。铁氧体受到的影响因素多,元器件选用以及电路板上元器件的布置和走线的方式等对此都有影响。对于铁氧体磁心的颜色、绕组的屏蔽是否合适,散热处理是否得当……,设计工程师不可能完全无误地为用户生产出好产品。
总之,即使生产商有现货供应,而且也介绍了磁性元件的特性、参数及使用条件等,用户也无法挑选磁性材料。因此,最好的办法是委托设计加工。在设计高频变压器时,必须正确选择磁心材料的特性、形状以及外形尺寸,若选用不当,就会增加损耗、降低效率,严重时输出功率达不到设计要求,甚至不能工作。
一.磁性元件在PD电源适配器充电器中的作用:
磁性元件在电源变换中是必需的器件,广泛用于高频振荡变压器、低通滤波电感、电源输出平波电抗器,还有有源功率因数校正升压电感,所有这些作用功能,对变换器的性能质量起着至关重要的作用。当磁心用于变压器时,它起的作用为:
1. 电磁耦合。传递电能,有了磁心,电能传输畅通。
2. 实施电气隔离。变压器的一次电压和二次电压是不同电位的电压,有了它,保证PD电源适配器充电器在变换器中的安全,起着高低电压隔离的目的。
3. 按使用需要,改变变压器电压比,达到电压升降。
4. 由于磁性元件作用,变压器二次大电流整流经过移相,使二次电流输出纹波电压减少。抑制尖峰电压,保护开关管免受冲击电流而损坏,所以常说,磁性变压器有限流作用。
5. 电源适配器PD充电器的电子开关,通过充电放电向变压器二次侧不停地传输电能,在这过程中是由于它具有储能,才能释能,储能的大小与磁性元件的饱和磁感应强度以及初始磁导率成正比的。另外,由于变压器的一次和二次侧存在有电感,很方便的与电路电容构成谐振,谐振波一方面传递电能,改变电流或电压的方向,向负载输出,另一方面也改变电压的等级。所有这些,都是磁性元件在变换过程中所起的作用。但是磁性元件的工况性能是不易完全掌握的,它不像其他电子元件那样容易测量选择,繁琐的技术数据,分散性、易变性很大的参数,将使制造商挑选者无从下手。因此,只能通过生产实验、科学设计,才能发挥磁性元件最大的作用功能。
二.磁性材料的基本特征
前面已叙述,各种磁心材料结构外形虽然相似,但磁心的性能、特性参数却相差甚远。电源适配器PD充电器的磁心都是运行在低磁场高频率环境条件下的软磁铁氧体材料,这种磁性材料具有矫顽力低、电阻率高和磁导率高的基本特点。这就意味着,流过变压器绕组的励磁电流会产生较高的磁感应强度,因此,在一定输出功率条件下,可以极大地降低磁心的体积。矫顽力低,磁心的磁滞回环面积就小,这样铁损低。同样,电阴率高、涡流不,铁损也低。但磁性材料的电阻率高,适合用在频率高的航空航天领域里。
1. 磁场强度H与磁感应强度B。磁场强度是表示磁场强弱与方向的一个物理量,其单位为安/米(A/m)。磁感应强度是表示磁场作用于磁性物质上的作用力的大小,其单位为特(T)。温度越高,磁感应强度越低。
2. 饱和磁感应强度: 磁心在磁场的作用下,当磁场强度H增加时,磁主出现饱和时的B值,称为饱和磁感应强度Bs。
3. 初始磁导率:磁性材料在磁化曲线上的始端磁化率的最大值。
4. 有效磁导率:磁心在闭合磁路中,磁心的导磁能力。
5. 居里温度:磁心的磁状态由铁磁性转为顺磁性时,在u-T曲线上,磁导率最大值的80%与最大值的20%的连线根磁导率等于1的直线的交点相对应的温度称为居里温度。
6. 矫顽力:磁心从饱和状态除去磁场后继续反向磁化,直到磁感应强度减小到零,此时的磁场强度称为矫顽力(保磁力)。
7. 磁通:磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积叫磁通。
8. 磁感应强度:单位面积是那个所通过磁通的大小叫做磁感应强度(也称为磁通密度)。
饱和磁性材料具有良好的开关特性,如用在高频振荡电路里,可以产生优良的振荡波形,这种磁性材料具有近似矩形的磁滞回线。这种磁滞回线有明显的饱和点和饱和断,而且它的上下有良好的对称性。近似矩形的磁滞回线在执行脉冲电信号传递时,可使绕组中的电流脉冲波形的前沿陡峭,后沿拖尾短小,能完整的传递各种波形电信号。如果磁心的S矩形曲线在B方向向下被压扁或是向上被拉伸,这种形变曲线的磁心用在PD电源适配器充电器的高频变压器上或是用在电子镇流器的脉冲变压器上,将会严重影响变压器的振荡波形,产生信号失真、频率失调、导致开关功率管温度上升,变压器的铁损和铜损加剧,这对于PD电源适配器的质量极为不利。
矩形磁滞回线是饱和磁性材料一种特殊的曲线。磁滞回线的形状非常重要,在选用磁心时,将被看作是一项重要选用磁心的依据,只有用高频铁氧体磁心特性曲线测试仪方可测出。


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