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开关电源中磁性材料的选用 王剑君 (中国运载火箭研究院二oOF北京100854) 摘 要：开关电源逐渐在航天领域得到广泛应用，髓着磁＆材襄-酌快速发展，品种 的增多．如何合理选用磁芯材爿足优化没冲、提高开关电源效率和性能亟待解决的问题。 本文分析了不同磁芯材料性能参敷与其但开关电源中庄肝鸶艾系，针对铁氧体、磁粉芯． 起微晶．非晶态软磁材料。歹I】萃了几种牙关电源优选的磁芯材抖． 关键词：开关电源；选用：磁性材料 l 引 言 目前，航天与空间技术、计算机与通信技术中。开关电源的应用较为广泛。逐渐 占居了主要位置．它具有功耗小、效率高(70～90％)、稳压范围宽及体积小、重量轻 等特点。开关电源中的磁性元件是决定电源效率、品质的关键因素。 2开关电源的基本结构 开关电源的构成框图如下，交流电经一次整流滤波转化成直流电，经过逆变器转 化为高频交流电，再经过一次整流滤波形成需要的直流电，控制电路由比较电路、磁 放大电路、控制通断时间比率电路组成，此外，还有启动电路、过流和过压保护电路、 噪声或尖峰抑制电路等。 3开关电源中磁性元件与磁性材料的关系 开关电源中用到的磁性元件有高频扼流圈、开关变压器、磁性放大器、脉冲变压 器、滤波电感等，这些磁性元件所选用磁芯材料直接影响着开关电源的效率和性能。 开关变压器是开关电源的核心元件之一，选择合适的磁性材料是开关变压器设计的关 键，对应不同工作状态的开关电源变压器，由于磁芯工作在磁化曲线的不同区域。应 选用相应特征的磁性材料。开关变压器的主要目标是提高效率。降低损耗，而磁芯的 损耗主要由磁滞损耗和涡流损耗造成。为了缩小磁芯体积，必须提高工作频率。磁芯 在高频应用时。必须同时具有高磁导率和低损耗的特点。 为满足开关变压器选用磁芯的性能要求，就要从磁芯的成分配方，原材料的纯度， 晶粒的大小以及微观结构进行控制。具体如下： 选用具有高磁导率的成分；要求晶粒尺寸均匀，消除尺寸大的晶粒，以免畴壁位 移损耗大。晶界的厚度要薄，电阻要大。 4不同磁性材料的性能及应用 开关电源电路中用到的磁性材料种类很多，有铁氧体、磁粉芯、合金带(或片)、 非晶态、超微晶软磁材料。合理选用不同的软磁材料．是优化设计的重要途径。几种 磁性材料特性做大致比较见下表1： 表1 超微晶 非晶态 铁氧体 磁粉芯 硅钢合金 高频损耗 低 低 低 一般 高 磁导率 高 一般 一般 低 低 矩形比 较高 高 低 高 ’低 饱和磁感应强度 高 高 低 较高 高 ＼ 温度特性 一般 一般 差 好 好 4．1 铁氧体的磁特性及应用 铁氧体磁性的主要特点是电阻率远大于金属材料，这抑制了涡流的产生，使铁氧 烧结而成。 低损耗FP系列磁芯适用于开关电源中DC／DC变换器的主变压器和输出平滑滤波 扼流圈：高磁导率FH系列磁芯适用于开关电源中脉冲变压器和噪声滤波电感。 温度系数是选用铁氧体磁芯不容忽视的指标。尤其是航天产品有低温(一40℃) —-20I— 环境要求，磁导率随环境温度的变化有较大的衰减。 ’ 表2南京精研磁性科技有限公司的锰锌材料磁特性参数 系列牌号 初始磁导率 饱和磁通密度 矫顽力 磁芯损耗B=200mTw／cm3