直流電抗器與電抗器磁芯的組合應用

      摘 要 本文介紹一種開關電源濾波的直流電抗器及電抗器磁芯的組合應用。電抗器中采用鐵氧體和鐵硅鋁合金二種不同類型的組合磁芯的新穎獨特設計，并講述了此種直流電抗器的設計方法和計算以及這樣設計的優點和應用范圍。

      關鍵詞：直流電抗器；電抗器磁芯；濾波；磁導率；電感量；組合磁芯
　　
　　一、引言
　　電感器是一種在弱電技術常用的電器元件，電抗器的設計原理主要依據電磁基本理論，設計過程涉及到材料磁特性、磁導率、磁性材料的加工方法、電抗器的結構、磁路的長度、電抗器的工作頻率、電流、波形特點、是否含有交流分量、這些都直接影響到電抗器的設計性能。
　　
      二、直流電抗器的含義與作用
　　直流電抗器是開關電源的主要元件之一，它與濾波電容一起組成對整流后的脈沖方波進行平滑濾波，使其成為紋波很小的直流電壓。理想的濾波電感應在不同的直流磁化電流通過時，具有一個固定不變的電感值。
　　
　　直流電抗器所選用的電抗器磁芯材料一般只允許在一定磁場強度下工作，超過該值，則會因電抗器磁芯進入飽和而使其電感量明顯下降。為了防止電抗器磁芯的飽和，我們將要對電抗器的磁心進行重新設計。
　　
　　目前，在國內的輸出濾波電感設計中，設計師們無不例外都根據濾波電感功率的大小選擇鐵氧體、MPP磁芯、或者ED、CD型磁芯等單一的鐵芯。在這里，將介紹一種組合磁芯電抗器對開關電源濾波的應用，所采用的電抗器磁芯為塊狀的鐵氧體和鐵硅鋁合金磁芯，二種不同類型磁芯組合在一起的獨特設計，以實現在不切割磁芯，當通過一定的直流磁化電流時，來達到濾波的效果。
　　
　　三、直流電抗器磁芯的種類
　　鐵氧體磁芯具有起始磁導率高和矯頑力低，即容易磁化也極易退磁的特點，在高頻使用情況下損耗將比鐵粉芯大為改善，并且噪音也會大有改善。鐵硅鋁合金磁芯初始磁導率低，用它做磁芯柱電抗器將不容易飽和，且線圈所用的匝數較少。綜合以上二種磁芯材料的特點，這樣，將大大地縮小了直流電抗器的體積，降低了電抗器的噪音，且極大程度的節約了生產成本，
　　
　　鐵硅鋁合金磁芯具有低損耗、高直流偏磁場下的磁導率不變的寬恒導特性。但由于其磁導率較低，對要求電感量較大的濾波電抗器來說，如果只選用它做磁芯的話，則要求其尺寸較大，而且線圈所需的匝數也很多，造成直流壓降也較大。但是Mn-Zn鐵氧體的磁導率可達到K數量級，但在無間隙的情況下，通過直流磁化電流時，鐵氧體容易進入飽和狀態，使磁導率下降，其電感量隨著直流磁化電流的增加而迅速下降。對比以上軟磁材料的特性，我們選方形鐵氧體磁芯做電抗器的軛鐵，圓柱形鐵硅鋁合金做磁芯柱，使磁芯的特性互補。既保證了濾波電抗器在小的直流磁化電流時，有較大的電感量，同事也確保了在人大的直流磁化電流通過時仍然具有足夠的電感量，從而有效地起到平滑濾波的作用，滿足其濾波的要求。

      四、結 論
　　本新型設計提供了一種造價低、性能好、應用方便靈活的組合磁芯式大功率高頻電抗器，從而促進電子電力設備的普及應用。如果采用單一鐵芯設計，我們常用的都是采用單一鐵芯，如：CD型硅鋼片鐵芯。這樣線圈繞制匝數都要繞120匝，為了防止飽和，必須在磁芯二端加3mm厚的氣隙，增加線圈匝數的同時需要將磁芯體積加大，并且安裝時需將鐵芯打包，并配有安裝底板。由此可見，對于這種類型的濾波電抗器中，采用組合鐵芯相比于單一鐵心做濾波電抗器，不僅可以降低材料成本，而且體積也將縮小，損耗和直流電阻都會減小，以及減小漏磁場對開關電源的影響等優點。