0  引言

　　微晶磁芯具有較高的飽和磁感應(yīng)強度（1.l～1．2T）,，高磁導(dǎo)率,，低矯頑力，低損耗及良好的穩(wěn)定性,、耐磨性,、耐蝕性，同時具有較低的價格,，在所有的金屬軟磁材料芯中具有最佳的性價比,。用于制作微晶鐵芯的材料被譽為”綠色材料”，廣泛應(yīng)用于取代硅鋼,，坡莫合金及鐵氧體，作為各種形式的高頻（20～100 kHz）開關(guān)電源中的大中小功率的主變壓器,、控制變壓器,、波電感、儲能電感,、電抗器,、磁放大器、飽和電抗器磁芯,、EMC濾波器共模電感和差模電感磁芯,、．IDSN微型隔離變壓器磁芯，也廣泛應(yīng)用于各種類同精度的互感器磁芯,。

　　1 超微晶磁芯的主要特點

　　VITROPERM 500F鐵基超微晶磁芯具有以下特點：

　　1）極高的初始磁導(dǎo)率,，μ=30 000～80 000，且磁導(dǎo)率隨磁通密度和溫度的變化非常??；

　　2）磁芯損耗極低，并且在一40～+120℃范圍內(nèi)不隨溫度而變化；

　　3）非常高的飽和磁通密度（Bs=1．2T）,，允許選擇較低的開關(guān)頻率,，能降低開關(guān)電源及EMI濾波器的成本；

　　4）磁芯采用環(huán)氧樹脂封裝,，機械強度高,，無磁滯伸縮現(xiàn)象，能承受強振動,；

　　5）可取代傳統(tǒng)的鐵氧體磁芯以減小開關(guān)電源的體積．提高可靠件．

　　超微晶磁芯的型號很多,，所傳輸?shù)墓β士蓮?0 W到11kW。幾種常用磁性材料的性能比較見表1,。

　　2 超微晶磁芯在開關(guān)電源中的應(yīng)用

　　2.1 超微晶磁芯材料在高頻變壓器中的應(yīng)用

　　目前,，高頻變壓器一般選用鐵氧體磁芯。VITROPERM 5OOF鐵基超微晶磁芯與德國兩門子公司生產(chǎn)的N67系列鐵氧體磁芯的性能比較,，如圖1所示,。圖1（a）為磁導(dǎo)率的相對變化率與溫度的關(guān)系曲線；圖1（b）為磁感應(yīng)強度（B）與矯頑力（H）的關(guān)系曲線,；圖1（c）則為損耗．溫度曲線,。由圖l（a）可見，超微晶磁芯的磁導(dǎo)率隨溫度的變化量遠遠低于鐵氧體磁芯,，可提高開關(guān)電源的穩(wěn)定性和可靠性,。由圖l（b）可見，超微晶磁芯的／μB乘積比鐵氧體磁芯高許多倍,，這意味著可大大減小高頻變壓器的體積及重量,。由圖1（c）可見，當溫度發(fā)生變化時,，超微晶磁芯的損耗遠低于鐵氧體磁芯,。此外，鐵氧體磁芯的居里點溫度較低,，在高溫下容易退磁,。若采用超微晶磁芯制作變壓器，即可將工作時的磁感應(yīng)強度變化量從O．4T提高到1．OT,，使功率開關(guān)管的工作頻率降低到100kHz以下,。

　　2.2 超微晶磁芯在共模電感中的應(yīng)用

　　采用超微晶磁芯制作共模電感（亦稱共模扼流圈）時，只須繞很少的匝數(shù),，即可獲得很大的電感量,，從而降低了銅損，節(jié)省了線材,，減小了共模電感的體積,。用超微晶磁芯制成的共模電感具有很高的共模插入損耗,，能在很寬的頻率范圍內(nèi)對共模干擾起到抑制作用，因而不需要使用復(fù)雜的濾波電路,。分別用鐵氧體磁芯,、超微晶磁芯制成共模電感，二者的外形比較如圖2所示,。

　　2．3超微晶磁芯在EMI濾波器中的應(yīng)用

　　由VAC公司生產(chǎn)的鈷基超微晶磁芯VIT-ROVAC 6025Z,，可廣泛用于開關(guān)電源的EMl濾波器中，能有效地抑制由電流快速變化所產(chǎn)生的尖峰電壓,。在超微晶磁芯上繞一圈或幾圈銅線,，即可制成一個尖峰抑制器，其構(gòu)造非常簡單,，而對噪聲干擾的抑制效果非常好,。VITROVAC 6025Z超微晶磁芯具有極低的磁芯損耗和很高的矩形比，當電流突變?yōu)榱銜r呈現(xiàn)出很大的電感量,，能對整流管的反向電流起到阻礙作用,。由尖峰抑制器構(gòu)成EMI濾波器的電路如圖3所示。D1為輸出整流管,，D2為續(xù)流二極管,。在D1.D2上分別串聯(lián)一個尖峰抑制器。L為儲能電感,，C為濾波電容,。不加尖峰抑制器時通過整流管的電流波形如圖4（a）所示，IF,、IR分別代表整流管的正向工作電流和反向工作電流,，frr代表反向恢復(fù)時間。由圖4可見,，整流管在反向工作區(qū)域會產(chǎn)生尖峰電流,，而接入尖峰抑制器后，尖峰電流就被抑制了,。

　　尖峰抑制器典型的磁滯回線如圖5所示，在到達工作點1之前（電流導(dǎo)通時）,，磁芯處于飽和狀態(tài),，具有非常低的電感量；當電流關(guān)斷時到達工作點2（亦稱剩磁點）時,，由于整流管存在反向恢復(fù)時間,，使得電流繼續(xù)沿著負的方向減小，但超微晶磁芯具有非常高的磁導(dǎo)率,，這時會呈現(xiàn)很大的電感量,，所以它就不經(jīng)過理論工作點3（該點本應(yīng)對應(yīng)于出現(xiàn)反向尖峰電流IR的時刻）,，而是直接到達工作點4（即反向剩磁點），然后又被磁化開始另一循環(huán),。這種抑制整流管尖峰電流的特性被稱之為“軟恢復(fù)”,。圖5中的IFe為激勵電流。

　　下面介紹設(shè)計尖峰抑制器的公式,。若令整流管的反向恢復(fù)時間為trr（單位取s）,，反向電壓為UR （V），通過整流管的電流為IF（A）,，則尖峰抑制器必須滿足下述條件,。

　　式中：Φ為磁通；

　　S為磁芯的繞線面積,。

　　計算銅導(dǎo)線線徑的公式為

　　所須繞制的匝數(shù)為

　　3 結(jié)語

　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和成熟,，人們逐漸認識到磁性元件不僅是電源中的功能元件，同時其體積,、重量,、損耗在整機中也占相當比例。據(jù)統(tǒng)計,，磁性元件的重量一般是變換器總重量的30％～40％,，體積占總體積的20％～30％，對于模塊化設(shè)計的高頻電源,，磁性元件的體積,、重量所占的比例還會更高。另外,，磁性元件還是影響電源輸出動態(tài)性能和輸出紋波的一個重要因素,。因此，要提高電源的功率密度,、效率和輸出品質(zhì),，就應(yīng)對減小磁性元件的體積、重量及損耗的相關(guān)技術(shù)進行深入研究,，以滿足電源發(fā)展的需要,。我們有理由相信，微晶磁芯在開關(guān)電源中將有非常寬闊的應(yīng)用前景,。