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讲授人 朱正吼 非晶 纳米晶软磁合金磁芯介绍 1 非晶及纳米晶软磁合金 牌号和基本成分铁基非晶合金铁镍基非晶合金铁基纳米晶合金非晶及纳米晶软磁合金磁芯非晶及纳米晶磁芯应用汇总销售 思考 2 牌号和基本成分 3 铁基非晶合金 组成 80 Fe 20 Si B类金属元素性能 1 高饱和磁感应强度 1 54T 2 与硅钢片的损耗比较 磁导率 激磁电流和铁损等都优于硅钢片 特别是铁损低 为取向硅钢片的1 3 1 5 代替硅钢做配电变压器可节能60 70 应用 广泛应用于配电变压器 大功率开关电源 脉冲变压器 磁放大器 中频变压器及逆变器铁芯 适合于10kHz以下频率使用 4 铁镍基非晶合金 组成 40 Ni 40 Fe及20 类金属元素性能 1 具有中等饱和磁感应强度 0 8T 较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性 2 在中 低频率下具有低的铁损 3 空气中热处理不发生氧化 经磁场退火后可得到很好的矩形回线 应用 广泛用于漏电开关 精密电流互感器铁芯 磁屏蔽等 5 铁基纳米晶合金 组成 铁元素为主 加入少量的Nb Cu Si B元素所构成的合金 经快速凝固工艺形成一种非晶态材料 热处理后获得直径为10 20nm的微晶 弥散分布在非晶态的基体上 被称为微晶 纳米晶材料 性能 具有优异的综合磁性能 高饱和磁感 高初始磁导率 低Hc 高磁感下的高频损耗低 电阻率比坡莫合金高 经纵向或横向磁场处理 可得到高Br或低Br值 是目前市场上综合性能最好的材料 应用 广泛应用于大功率开关电源 逆变电源 磁放大器 高频变压器 高频变换器 高频扼流圈铁芯 电流互感器铁芯 漏电保护开关 共模电感铁芯 6 非晶及纳米晶软磁合金磁芯 磁放大器磁芯滤波电感磁芯高频大功率磁芯恒电感磁芯电流互感器磁芯实例1 磁芯在开关电源中使用实例2 非晶磁芯在LED灯具上应用 7 磁放大器磁芯 什么是磁放大器性能特点应用范围计算机ATX电源和通讯开关电源 8 性能特点 9 应用范围 磁放大器能使开关电源得到精确的控制 从而提高了其稳定性 计算机ATX电源 内部 朗讯51 8V 15A通信开关电源 内部 10 滤波电感磁芯 电感的滤波作用XL L电感对交流电是有阻碍作用的 在交流电频率一定的情况下 电感量越大 对交流电的阻碍能力越大 在电感量一定的情况下 交流电的频率越高 电感对交流电的阻碍能力也越大 也就是说 电感有阻止交流电通过而让直流电通过的特性性能特点应用范围各种滤波器 11 所用非晶材料性能特点 具有极高的初始导磁率 在地磁场下具有大的阻抗和插入损耗 对若干扰具有极好的抑制作用 在较宽的频率范围内呈现出无共振插入损耗特性 高初始导磁率 是铁氧体的5 20倍 因而具有更大的插入损耗 对传导干扰的抑制作用远大于铁氧体 高饱和磁感应强度 比铁氧体高2 3倍 在电流强干扰的场合不易磁化到饱和 卓越的温度稳定性 较高的居里温度 在有较大温度波动的情况下 合金的性能变化率明显低于铁氧体 具有优良的稳定性 而且性能的变化接近于线性 灵活的频率特性 而且更加灵活地通过调整工艺来得到所需要的频率特性 通过不同的制造工艺 配合适当的线圈匝数可以得到不同的阻抗特性 满足不同波段的滤波要求 使其阻抗值大大高于铁氧体 12 应用范围 各种型号滤波电感 滤波电感在计算机中的应用 EMI滤波器上使用的滤波电感 EMI滤波器上使用的滤波电感 13 高频大功率磁芯 性能特点具有高饱和磁感应强度 较低的铁损和矫顽力 使用频率1 100KHz范围内 应用范围中高频加热电源铁芯逆变式电焊机变压器铁芯不间断电源装置铁芯功率变压器铁芯开关电源变压器铁芯高能加速器用铁芯 高频加热电源 中高频钎焊电源 14 恒电感磁芯 性能特点非晶恒电感具有高饱和磁感应强度 减少线圈匝数 高线性导磁率 使得加较大偏置直流后仍保持很好的线性 偏至直流特性好 优良的频率特性和温度稳定性 可以在较高温度使用保持良好的频率特性 低的高频损耗 减少温升 应用范围 15 性能特点 1 饱和磁感高2 恒导磁场宽3 电感随叠加直流衰减少 铁损低4 优良的频率特性5 良好的温度稳定性 16 应用范围 主要用在电源中的扼流圈 储能电感 DC DC AC DC 转换器用滤波线圈 常规差模滤波线圈 汽车音响用滤波线圈 适配器及电池充电器用滤波线圈等 恒电感 笔记本电脑电源适配器 AC DC电源 电池充电器 17 电流互感器磁芯 将大电流变成小电流的互感器 作用是把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流 用来进行保护 测量等用途 如400 5的电流互感器 可以把实际为400A的电流转变为5A的电流 电力互感器磁芯精密电流互感器保护用电流互感器 18 电力互感器磁芯 铁基纳米晶软磁合金具有与坡莫合金相近的初始磁导率及温度稳定性以及更小的比重 在磁芯尺寸 性能相同的条件下 比坡莫合金磁芯重量更轻 约轻1 3 价格更低 广泛应用于电力测量和保护 19 精密电流互感器 电流互感器将高电流按比例转换成低电流 电流互感器一次侧接在一次系统 二次侧接测量仪表 继电保护等 高磁导率 低损耗 更小比差和角差 广泛应用于电表计量检测用 远程抄表系统 20 保护用电流互感器磁芯 漏 触 电保护器用零序电流互感器铁芯 采用Fe Ni基非晶态合金 超微晶 纳米晶 软磁合金制成 根据不同的技术要求 分别用于家用 工业用及要求高灵敏度的漏 触 电保护器等 性能特点 21 性能特点 保护用电流互感器主要与继电装置配合 在线路发生短路过载等故障时 向继电装置提供信号切断故障电路 以保护用电流互感器 以保护供电系统的安全 保护用微型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同 保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作 保护用互感器主要要求 1 绝缘可靠 2 足够大的准确限值系数 3 足够的热稳定性和动稳定性 22 什么叫磁放大器 定义核心组成核心部分优点工作原理工作特性 23 什么叫磁放大器 定义磁放大器 是用具有非线性特性的铁磁材料制成铁心 并用直流和交流电流使其磁化以进行电量变换的电器 磁放大器主要用于电气自动控制系统中 如电机的调速 调压等 24 什么叫磁放大器 核心组成磁放大器能使开关电源得到精确的控制 从而提高了其稳定性 磁放大器磁芯可以用坡莫合金 铁氧体或非晶或纳米晶 又称超微晶 材料制作 25 2020 1 9 26 什么叫磁放大器 核心部分优点非晶 纳米晶软磁材料因具有高磁导率 高矩形比和理想的高温稳定性 将其应用于磁放大器中 能提供无与伦比的输出调节精确性 并能取得更高的工作效率 因而倍受青睐 非晶 纳米晶磁芯除上述特点外还具备以下优点 1 饱和磁导率低 2 矫顽力低 3 复原电流小 4 磁芯损耗少 27 什么叫磁放大器 工作原理如图铁心A和B的结构尺寸及材料均相同 每个铁心上绕有直流绕组和交流绕组 两直流绕组和两交流绕组的匝数相同 两直流绕组反接串联后接至直流控制电源 两铁心中的交流磁通 方向相同 而直流磁通 方向则相反 两直流绕组反接串联的目的是为了抵消两铁心中的交流磁通在直流绕组上感应的交变电动势 当直流绕组中输入的直流控制电流为零时 两铁心中均无直流励磁 两交流绕组的电感最大 电抗值也最大 此时交流负载电流为最小 当输入直流控制电流时 铁心中的直流磁通增加 磁通密度相应增加 两交流绕组的电感减小 输出交流负载电流增大 28 什么叫磁放大器 工作特性电流放大系数 磁放大器输出电流 输入电流 功率放大系数 输出负载功率 输入控制功率 简单磁放大器的输出电流与输入电流的极性无关 输入控制电流为零时 输出电流并不等于零 而有一空载电流I0 29 各种滤波器 交直流滤波器噪音滤波器EMI滤波器扼流圈 30 交直流滤波器 交直流滤波器是由电感器和电容器构成的网路 可使混合的交直流电流分开 电源整流器中 即借助此网路滤净脉动直流中的涟波 而获得比较纯净的直流输出 31 噪音滤波器 噪声抑制器用饱和电感磁芯性能特点尖峰抑制磁芯能有效地抑制由电流快速变化产生的尖峰电压 其具有很低的磁滞损耗和较高的矩形比 当电流突变时 呈现极高的感抗 阻碍整流管反向电流的增加 应用范围体积小 可以广泛应用于高频开关电源和其它电子设备中降低开关管的尖峰 抑制输出高次纹波幅值 具有发热小 损耗小 占用空间小的优点 常用于套在晶体管管脚上使用 32 EMI滤波器 EMI滤波的原理 市电进入电源后 首先经过是最前级的EMI滤波电路部份 EMI滤波的主要作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰 同时还有减少开关电源本身对外界的电磁干扰 EMI滤波器内部 EMI滤波器 EMI滤波器 33 扼流圈 抗扼交变电流的电感性线圈 利用线圈电抗与频率成正比关系 可扼制高频交流电流 让低频和直流通过 用于整流时称 滤波扼流圈 用于扼制声频电流时称 声频扼流圈 用于扼制高频电流时称 高频扼流圈 用于 通直流 阻交流 的电感线圈叫做低频扼流圈 34 实例1 纳米晶磁芯在开关电源中的应用 高频变压器中的应用共模电感中的应用EMI滤波器中的应用纳米晶磁芯在开关电源应用结论 35 在开关电源的高频变压器中的使用 性能比较 铁基纳米晶磁芯和铁氧体磁芯德国VAC公司生产的VITROPERM5OOF铁基纳米晶磁芯西门子公司生产的N67系列铁氧体磁芯 36 由图 a 知 纳米晶磁芯的磁导率随温度的变化量远低于铁氧体磁芯 可提高开关电源的稳定性和可靠性 由图 b 知 纳米晶磁芯的 B乘积比铁氧体磁芯高许多倍 意味着可大大减小高频变压器的体积及重量 由图 c 知 当温度发生变化时 超微晶磁芯的损耗远低于铁氧体磁芯 铁氧体磁芯的居里点温度较低 在高温下容易退磁 若采用超微晶磁芯制作变压器 即可将工作时的磁感应强度变化量从0 4T提高到1 0T 使功率开关管的工作频率降低到100kHz以下 37 在开关电源的共模电感中的应用 采用纳米晶磁芯制作共模电感时 只须绕很少的匝数 即可获得很大的电感量 从而降低了铜损 节省了线材 减小了共模电感的体积 用纳米晶磁芯制成的共模电感具有很高的共模插入损耗 能在很宽的频率范围内对共模干扰起到抑制作用 因而不需要使用复杂的滤波电路 分别用铁氧体磁芯 超微晶磁芯制成共模电感 二者的外形比较 38 在开关电源的EMI滤波器中的应用 由VAC公司生产的钴基纳米晶磁芯VIT ROVAC6025Z 可广泛用于开关电源的EMl滤波器中 能有效地抑制由电流快速变化所产生的尖峰电压 在纳米晶磁芯上绕一圈或几圈铜线 即可制成一个尖峰抑制器 其构造非常简单 而对噪声干扰的抑制效果非常好 VITROVAC6025Z纳米晶磁芯具有极低的磁芯损耗和很高的矩形比 当电流突变为零时呈现出很大的电感量 能对整流管的反向电流起到阻碍作用 如图 39 图1所示为由尖峰抑制器构成EMI滤波器的电路 D1为输出整流管 D2为续流二极管 在D1 D2上分别串联一个尖峰抑制器 L为储能电感 C为滤波电容 40 不加尖峰抑制器时通过整流管的电流波形如图2 a 所示 IF IR分别代表整流管的正向工作电流和反向工作电流 trr代表反向恢复时间 由图2可见 整流管在反向工作区域会产生尖峰电流 而接入尖峰抑制器后 尖峰电流就被抑制了 41 尖峰抑制器典型的磁滞回线如图3所示 在到达工作点1之前 电流导通时 磁芯处于饱和状态 具有非常低的电感量 当电流关断时到达工作点2 亦称剩磁点 时 由于整流管存在反向恢复时间 使得电流继续沿着负的方向减小 但纳米晶磁芯具有非常高的磁导率 这时会呈现很大的电感量 所以它就不经过理论工作点3 该点本应对应于出现反向尖峰电流IR的时刻 而是直接到达工作点4 即反向剩磁点 然后又被磁化开始另一循环 这种抑制整流管尖峰电流的特性被称之为 软恢复 图3中的IFe为激励电流 42 纳米晶磁芯在开关电源应用结论 磁性元件不仅是电源中的功能元件 同时其体积 重量 损耗在整机中也占相当比例 据统计 磁性元件的重量一般是变换器总重量的30 40 体积占总体积的20 30 对于模块化设计的高频电源 磁性元件的体积 重量所占的比例还会更高 磁性元件还是影响电源输出动态性能和输出纹波的一个重要因素 因此 要提高电源的功率密度 效率和输出品质 就应对减小磁性元件的体积 重量及损耗的相关技术进行深入研究 以满足电源发展的需要 纳米晶磁芯在开关电源中将有非常宽阔的应用前景 43 实例2 非晶磁芯在LED灯具上应用 发光二极管 LED 中小尺寸屏幕的便携产品背光 通用照明领域 如建筑物照明 街道照明 景观照明 标识牌 信号灯 以及住宅内的照明等 44 LED路灯和显示屏专用磁芯 45 汽车专用LED雾灯磁芯 46 LED驱动器的基本工作电路示意图 47 功率因数校正 PFC 电感 住宅应用的LED驱动器功率因数须大于0 7 而商业应用中则须大于0 9 48 非晶 纳米晶磁芯和磁粉芯 应用总结 1 电力电子变压器磁芯 大功率中高频变压器逆变电源变压器大功率开关电源变压器 2 通讯技术部件的磁芯和磁粉芯 程控交换机电源数据交换接口部件脉冲变压器UPS电源滤波和存储电源 功率因素校正扼流圈 标准扼流圈 3 抗电磁干扰部件的磁芯和磁粉芯 交流电