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变压器的磁性材料你了解多少
磁性材料以及变压器的设计,主要说三种,一是硅钢片构成的工频变压器,一种铁硅铝铁粉芯磁环,还有一种是锰锌镍锌材料构成的磁环。三种应用于不同场合,其中硅钢片主要用于工频变压器,因为U值在1.5K附近,适中,Bsat值大,达1.5T,因此抗磁饱和强度。铁硅铝铁粉芯材料U值低,一般在百附近,B值相对硅钢片小,但是比高导材料(锰芯镍锌)大很多,主要用于直流分量大的场合。比如用于BUCK连续电流电路。而锰芯镍锌磁导率很高,最高最达10K,因此耦合性很好,主要用于小信号耦合传输。比如驱动信号以及电压电流采样。这种材料主要绕几匝就能满足感量要求以及合适的激励电流。
说说变压器的设计与磁性材料
首先大家知道变压器是一个激励电感和理想变压器构成,当然还有初次级漏感。但大家可以先假设漏感忽略不记。那么变压器主要参数就是激励电流和匝数了,也就是磁动势。这直接和B值有关。其他条件不变下,NI越大,B值越大,越容易磁饱和。那么好了,现在讨论下NI值怎么取才能让B值处在一个安全的范围内。
相信大家知道B=UH,这是定义出来的,U就是磁导率,就是B与H的比值,U不是常数,但是在小H下B与H成线性关系(一般材料),而H=KNI,K是比例常数,N是匝数,I是激励电流。那好了,如果要减小B值就得减小NI乘积(同一磁环)。激励电流I是和电感量成反比的。如果增大电感量则激励流会下降,但是N就得增大,否则电感量如何上升。大家知道电感量又和N^2成正比,L∝N*N?μ。而U=LI/T,把L值代进去得U∝N*N?μ?I/T。所以
B=μH=kμNI=k(μNUT)/(N^2*μ)=KUT/N
由此式可知B∝1/N。所以增大N就能减小B值,所以理论上大家最好让N值无穷大,这样B不容易饱和,但是实际情况总有个度,首先就是大家的变压器功率。
因为大家总要输出一定功率,否则变压器就失去了作用。既然要输出功率那么肯定有一的电流过绕线,若取得很细,则线压降很大,线损很大。若线取得粗则磁环大小限制,不能绕下那么多绕线,所以匝数就有限。除非增大磁环。当然大家不必要取B值太小,否则磁环利用率低,所以大家要取个平衡值。
因此变压器设计首先考虑功率输出,然后确定需要多大的导线。线径确定后就开始选择磁环大小。根据磁环大小来得到一个合适的L值,在该值下算出I,然后乘以N,看是否超出B值,若超出则增大N,直到B值在一定范围内,假如线绕不下则换体积更大的磁环。下面验证为什么不增大导率减少N以用小体积磁环得到大功率输出。
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