一种新型高频大电流电感器的研究
发布时间:2008/5/26 0:00:00 访问次数:685
    
    
    信息产业部电子十四所 张其政 奚 慧 高贵顺 (南京210013)
    1引言
    电感作为储能和滤波元件,在电子设备中被广泛使用,随着科学技术的发展,电感器越来越趋于小型化,体积重量要求越来越严格,尤其在航空航天电子设备中大量高频大电流滤波电感,由于其电流大,安匝数高,且要求小体积,采用传统的开气隙方法,无法满足设计要求。本文将介绍一种新型的高频大电流小体积电感。
    2电感器的制作
    一般电感都是采用开气隙方法提高恒磁范围,恒磁范围越大,其气隙也越长,相应的导磁率也越低,要达到一定的电感量,必须增大铁心的截面积和体积,下面是一个开气隙电感的直流特性试验,铁心为非晶态,尺寸为25/45×20,气隙为2mm,线圈34匝,测试数据如下:
    表1开气隙电感的直流特性
    
    
    
    在30a时其电感量仅为0a时的25.3%,为了提高电感的抗饱和性能,我们在电感铁心气隙中加入一种恒磁材料,恒磁片的面积正好等于电感铁心的截面积,厚度为2mm,然后将铁心整体封装,再在外面绕上线圈,做成电感。本研究所制作的电感均为25/45×20,气隙为2mm,插入上述恒磁片,绕34匝线圈。恒磁材料的矫顽力(hcb)高达8500oe,最大磁能积为191kj/m3,工作温度为250℃。
    3电感性能测试
    3.1磁化曲线
    通常电感的磁化曲线是对称的,正负磁能积相等,而加入恒磁材料后,其正负磁能积就不相等了,如图1所示:
    
    
    
    从图中我们可以看出,由于恒磁片的作用,使得磁滞回线发生偏移,当所加直流磁场与恒磁磁场方向一致时,此时,h净磁场=h直流+h恒磁,所以,磁心很快进入饱和,导磁率下降,电感量降低;当所加直流磁场与恒磁磁场相反时,h净磁场=h直流-h恒磁,磁心不容易饱和,导磁率呈线性增长,电感量基本不变。这样,就使得电感作为直流滤波元件使用时,只要使得电感的直流磁场与恒磁场相反,便可大大提高电感器的使用安匝数,提高抗饱和能力,使电感器得以小型化。
    3.2直流偏置测试
    将表1所测试的电感插入恒磁片后,再加工成成品电感,取三个成品作测试样品,测试其直流特性如表2所示(测试仪表为hp4284a,测试频率为1khz):
    表2恒磁电感的直流特性
    
    
    
    由上表可以看出电感器在10安培以后,其电感量极其恒定,至多只跌落4%,与不加恒磁片相比,抗饱和性能明显改善。(由于设备原因,只测试到35a,1190at,此时其磁场强度为142oe)。
    3.3温度试验及机械碰撞振动试验
    将上述电感经过-55℃、2h130℃、2hrs循环3次,然后测试直流偏置下其电感量变化情况,如表3所示。
    对照表2表3中数据,我们可以看出,经过冷热循环试验后,电感器的电感量及抗饱和能力都没有改变。
    再将上述试验样品按军用电子产品例行试验要求进行试验,试验条件如下:表3冷热冲击后恒磁电感的直流特性
    
    
    
    (1)随机振动
    15~250hz0.04g2/hz(g2/hz:功率谱密度)
    250~300hz-4db/oct(oct:倍频程)
    300~1000hz0.025g2/hz
    1000~2000hz-6db/oct
    正向1h
    (2)碰撞试验(gb/t15290—94)
    50m/s2、11ms、正向1000次
    经过随机振动和碰撞试验后,再测试电感器在直流偏置下的电感量变化情况,测试结果表明,电感器经过例行试验,满足军用电子产品要求。
    4结论
    作为直流滤波使用的电感器,在磁心中
    
    
    信息产业部电子十四所 张其政 奚 慧 高贵顺 (南京210013)
    1引言
    电感作为储能和滤波元件,在电子设备中被广泛使用,随着科学技术的发展,电感器越来越趋于小型化,体积重量要求越来越严格,尤其在航空航天电子设备中大量高频大电流滤波电感,由于其电流大,安匝数高,且要求小体积,采用传统的开气隙方法,无法满足设计要求。本文将介绍一种新型的高频大电流小体积电感。
    2电感器的制作
    一般电感都是采用开气隙方法提高恒磁范围,恒磁范围越大,其气隙也越长,相应的导磁率也越低,要达到一定的电感量,必须增大铁心的截面积和体积,下面是一个开气隙电感的直流特性试验,铁心为非晶态,尺寸为25/45×20,气隙为2mm,线圈34匝,测试数据如下:
    表1开气隙电感的直流特性
    
    
    
    在30a时其电感量仅为0a时的25.3%,为了提高电感的抗饱和性能,我们在电感铁心气隙中加入一种恒磁材料,恒磁片的面积正好等于电感铁心的截面积,厚度为2mm,然后将铁心整体封装,再在外面绕上线圈,做成电感。本研究所制作的电感均为25/45×20,气隙为2mm,插入上述恒磁片,绕34匝线圈。恒磁材料的矫顽力(hcb)高达8500oe,最大磁能积为191kj/m3,工作温度为250℃。
    3电感性能测试
    3.1磁化曲线
    通常电感的磁化曲线是对称的,正负磁能积相等,而加入恒磁材料后,其正负磁能积就不相等了,如图1所示:
    
    
    
    从图中我们可以看出,由于恒磁片的作用,使得磁滞回线发生偏移,当所加直流磁场与恒磁磁场方向一致时,此时,h净磁场=h直流+h恒磁,所以,磁心很快进入饱和,导磁率下降,电感量降低;当所加直流磁场与恒磁磁场相反时,h净磁场=h直流-h恒磁,磁心不容易饱和,导磁率呈线性增长,电感量基本不变。这样,就使得电感作为直流滤波元件使用时,只要使得电感的直流磁场与恒磁场相反,便可大大提高电感器的使用安匝数,提高抗饱和能力,使电感器得以小型化。
    3.2直流偏置测试
    将表1所测试的电感插入恒磁片后,再加工成成品电感,取三个成品作测试样品,测试其直流特性如表2所示(测试仪表为hp4284a,测试频率为1khz):
    表2恒磁电感的直流特性
    
    
    
    由上表可以看出电感器在10安培以后,其电感量极其恒定,至多只跌落4%,与不加恒磁片相比,抗饱和性能明显改善。(由于设备原因,只测试到35a,1190at,此时其磁场强度为142oe)。
    3.3温度试验及机械碰撞振动试验
    将上述电感经过-55℃、2h130℃、2hrs循环3次,然后测试直流偏置下其电感量变化情况,如表3所示。
    对照表2表3中数据,我们可以看出,经过冷热循环试验后,电感器的电感量及抗饱和能力都没有改变。
    再将上述试验样品按军用电子产品例行试验要求进行试验,试验条件如下:表3冷热冲击后恒磁电感的直流特性
    
    
    
    (1)随机振动
    15~250hz0.04g2/hz(g2/hz:功率谱密度)
    250~300hz-4db/oct(oct:倍频程)
    300~1000hz0.025g2/hz
    1000~2000hz-6db/oct
    正向1h
    (2)碰撞试验(gb/t15290—94)
    50m/s2、11ms、正向1000次
    经过随机振动和碰撞试验后,再测试电感器在直流偏置下的电感量变化情况,测试结果表明,电感器经过例行试验,满足军用电子产品要求。
    4结论
    作为直流滤波使用的电感器,在磁心中
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