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磁环和开关电源变压器的磁芯相关知识

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  制作巴伦的磁环选择方法(大全) 制作巴伦的磁环应该怎么选? 磁环应该选择高频的,导磁率(不要很高的)100 比较合适!现在高频磁环比较难找。过去大家都到北京协会总部去买, 大约 5 元一只,不知现在还有没有。也有的火腿使用一般磁环绕制,只要芯线绞的比较紧密也能用,但频率高、功率大 时会发热。MTV 推荐的空心巴仑也是很好的解决办法-。磁环是高频铁氧体,具有高导磁(u 大)和低损耗的特点。磁芯类 型一般有 NXO 镍锌铁氧体和 MXO 锰锌铁氧体两系列。 大直径的高频磁环,用粗芯线 瓦以上! 广大无线电爱好者在制作巴伦,功率合成器(分配器)时经常在选择磁环,导线等问题大伤脑筋,且这些问题如果处理 不当,必定效果不理想。经常在频率上和网上听到或看到有人抱怨,加了巴伦还不如不加……为了解决这些问题,要从 高频变压器问题解决。本人根据一些资料,总结了一些关于传输线变压器的一些问题和大家共同探讨,有不当之处,请 大家予以指正。 将高频传输线绕在具有高导磁率(u)低损耗的铁氧体磁环上就变成传输绝变压器,其电路从表面上看似乎与普通变压 器没有多大差别,但实际上它们传递能量的方式是不相同的。普通变压器信号电压加在初级绕组的 1、2 端,使初级线 圈有电流流过,然后由此产生的磁力线 端)感应出相应的交变电压,能量就是这样由输入端传到负载。而传 榆线变压器的信号电压却加在 1、3 端,能量在两导线的介质间传播到负载。传输线变压器能量传输原理如图 l-a 所示。 出于两根导线是紧靠绕在一起,所以导线任意点的线间电容都是很大的,而且在整个线长上是均匀分布的。由于导线是 绕在高 u 磁芯上,故导线每一小段 ?l 的电感量是很大的,而且均匀分布在整个线段上。这些电容和电感量通常叫分布 参数,由线间电容和导线电感组成的电路叫分布参数电路,如图 1-b 所示。 因此,传输钱可以看成由许多电感、电容组成的耦合链,从而产生了新的传输能量的方式。当信号电压 U1 加在图 2 的输入端(1、3 端)时,出于传输线间电容较大,因此信源向电容 C1 充电,使 C1 贮能。而 C1 又通过电感 L1 放电,使 电感贮能.电能变为磁能。然后,电感 Ll 又向电容 C2 充电,磁能又变成了电能。如此循环不止,且把电磁能送到终端 负载,最后被负载吸收。如果忽略了导线的欧姆损耗及导线问的介质损耗则输出端能量将等于输入端的能量,也就是说, 通过传输线变压器,负载可以取得信源供给的全部能量。因此,在传输线变压器中,线间的分布电容不但不会影响高频 能量传输而且是电磁能转换必要条件。由于电磁波主要是在导线间的介质中传播的,磁芯的铁磁损耗对信号传输的影响 就大大减少,所以传输线变压器的最高工作频率就可以大大提高,这就构成了传输线变压器传递宽频带信号的可能。 传输线变压器的一个最基本构造单元是两条长度相等,且高频损耗很小的导线乎行并绕在磁环上(磁环是高频铁氧 体),具有高导磁(u 大)和低损耗的特点。磁芯类型一般有 NXO 镍锌铁氧体和 MXO 锰锌铁氧体两系列。MXO 通常用于 频率较低的场合,当信号频率超过 500K-1MHz 用 NXO 为宜。由传输线理论可知,当传输线阻抗 Zc= ,传输线处于无 反射波的行波状态,能量全部送到负载。 例如:当 Rs=12.5 ,Rl=50 ,则 Zc=25 ,也就是要选用 25 得传输线 得传输线。 综上所述,传输线变压器的最重要的问题是传输线的的分布参数的均匀度和传输线的阻抗。好多爱好者在业余条件都是 用双绞或三绞和的漆包线绕制,这样不可避免的产生不均匀性和阻抗的不确定性,势必造成插入损耗增加,平衡恶化。 所以专业的传输线变压器一般使用同轴电缆绕制。使用同轴电缆的好处是显而易见的,分布参数均匀,阻抗确定。但使 用同轴电缆也有一个缺点,就是普通的电缆一般较粗较硬,很难在磁环穿绕。所以,一般使用的是聚四氟乙烯同轴电缆, 四氟电缆的好处是,在很细的直径可以损耗很小的传递极大的功率。且特征阻抗的规格较多,选择余地较大。 常见磁性材料一般可分为三类: 金属磁粉芯、软磁铁氧体磁芯、非晶纳米晶合金磁芯 金属磁粉芯: 是一种均匀分布气隙的金属软磁材料。由于具有相对较高的饱和磁通密度,较好的温度稳定性和机械冲击适应性,金属 磁粉芯材料是制造电感类器件较为理想的材料。金属磁粉芯有细分为: 铁粉磁心 被广泛应用于直流输出扼流、不同模式输入扼流、功率因数校正电感、连续模式反馈电感、减光线圈扼流及其他发射、 射频干扰设备。 羰基铁磁粉心:具有许多优异的磁性能、高频高 Q、高饱和磁通密度和高可靠性能。主要用于 50kHz 到 500MHz 的范围 内保持高 Q 值的感性器件,在无线电和许多通讯领域中被广泛使用。 高磁通粉心 高磁通粉心:具有优异的磁磁性能,功率损耗小,磁通密度高,在-55C~+125C 温度范围内使用时,具有耐温、耐湿、 抗振等高可靠性;同时,60~160 的宽磁导率范围可供选择。是开关电源输出扼流圈、PFC 电感及谐振电感的最佳选择, 具有高的饱和磁通密度(15000 高斯),特别适合在对功率密度要求高的场合工作。 铁硅铝粉心 铁硅铝粉心:具有优异的磁磁性能,功率损耗小,磁通密度高,在-55C~+125C 温度范围内使用时,具有耐温、耐湿、 抗振等高可靠性;同时,60~160 的宽磁导率范围可供选择。是开关电源输出扼流圈、PFC 电感及谐振电感的最佳选择, 具有较好的性能价格比。 铁镍钼粉心 具有优异的磁磁性能,功率损耗小,磁通密度高,在-55C~+125C 温度范围内使用时,具有耐温、耐湿、抗振等高可靠 性;同时,60~160 的宽磁导率范围可供选择。s9型变压器是开关电源输出扼流圈、PFC 电感及谐振电感的最佳选择,具有较小的功 率损耗、稳定的温度性能。 软磁铁氧体磁芯: 由镍锌、锰锌材料制成,应用于高频电感、变压器、滤波器等,是无线电中最常用的材料。 常见磁材可以依据其表面的涂封颜色或特征来快速识别 铁粉心有三种分别涂漆颜色为: (黄/白)(蓝/黄)或(绿/蓝)(灰/黄) , , 羰基铁涂漆颜色为: (全黄)或(蓝/白) 高磁通涂漆颜色为: (全蓝) 铁镍钼涂漆颜色为: (全灰)(清漆) , 铁硅铝涂漆颜色为: (全黑) 镍锌铁氧体(NXO)不涂漆的表面粗糙,容易掉粉,颜色发灰 锰锌铁氧体(MXO)不涂漆的表面较平滑,不易掉粉,颜色深 非晶纳米晶合金多涂有全红,全蓝,全白等颜色,与上述涂封有明显区别。 铁氧体磁环磁导率的测算: 1、测量磁环的外径 D,内径 d,环的高度 H,单位 mm。 2、用漆包线 圈,绕紧点,不要太松,测量其电感量 L,单位为 uH,电感量大点测算误差小,电感量小测算 误差就会大,请根据实际需要确定穿绕的圈数 N。 3、将以上数据代入下式计算出大约的磁导率 u0 u0=2500*L*(D+d)/((D-d)*H*N*N) 例如:13X7X5 的磁环,绕 20 圈,测得电感量 23uH,代入上式计算 u0=2500*23*(13+7)/((13-7)*5*20*20)=1150000/12000=95.8 测算结果与磁导率 100 的规格最接近,确定该磁环的 u0 是 100,注意一般 u0 标称误差有+-10%。 对于没有参数的磁环可以首先根据外观特征初步判断是哪种材料,再测算磁导率,就可以确定该磁环的主要规格了。 开关电源的频率一般为几十千赫至几百千赫,宜选国产 MXO-2 000 型锰锌铁氧体,其磁导率 ?=2 000 H/m。由这种材料 制成 EE 型磁芯具有漏感小、耦合性能好、绕制方便等优点。对于 20~80 W 的小功率开关电源,可采用 E-12 型磁芯, 磁芯有效截面积 SJ=1.44 cm2,饱和磁通密度 BS=400 mT。使用时为防止出现磁饱和,实取磁通密度 B=250 mT。 一般是不同的颜色代表不同材质,比如黄白的是 26 材的是铁粉芯里最普通的产品,导磁率:75UI 温度稳定值: 825PPM/℃ ,26 材这个参数都是一样的,但是 L 值 Q 值根据磁环的大小不一样就是不样的,根据磁环的材质不同各个 参数也有很大的区别,像电子产品不是可以看外观就可以区分的,要想准确确定一个产品具体参数那就用专业测试仪测 试,外颜色可以按客户要求随意喷图的,铁粉芯里的材质比较多,没法一一说。 怎样区分锰锌还是镍锌铁氧体 锰锌铁氧体 MXO 和镍锌铁氧体 NXO 是目前生产的软磁铁氧体中品种最多、应用最广泛的两大系列磁芯元件。我们知 道, 用于电视机中作行输出变压器的 U 形磁芯、 偏转磁芯、 还有作变压器的 E 形磁芯, 一般都是锰锌铁氧体材料制成的。 用于收音机中的磁性天线,有锰锌也有镍锌,但可从棒端不同颜色来区别。例如,有的工厂在锰锌中波磁棒的棒端喷有 黑漆,在镍锌短波磁棒的棒端喷有大红色漆。另外,各种环形磁芯也有锰锌、镍锌之分。 但是遇到体积较小的螺纹形、圆柱形、工形和帽形磁芯,有的用锰锌材料制成,也有的用镍锌材料制成,而滋芯上 又没有色标,当这些磁芯混在一起时,如何来区分呢?下面介绍两种具体方法。 一、目测法:由于锰锌铁氧体 MXO 一般磁导率 ? 比较高,晶粒较大,结构也比较紧密,常呈黑色。而镍锌铁氧体 NXO 一般磁导率 ? 比较低,晶粒细而小,并且是多孔结构,常呈棕色,特别是在生产过程中烧结温度比较低时尤为突 出。根据这些特点,我们可用目测法来区分。 1.在光线比较亮的地方,如果看到铁氧体的颜色发黑、有较耀眼的亮结晶,此磁芯为锰锌铁氧体;如果看到铁氧体带棕 色、光泽暗淡、晶粒不耀眼,此磁芯为镍锌铁氧体。目测法是一种比较粗略的方法,经过一定实践也是可以掌握的。 目测的方法最好是准备一个普通的放大镜,如果有几个元件就更好,以便比较。在白天光线较亮的情况下,用放大镜进 行观察,如果铁氧体带棕色,且光泽暗淡;晶粒不耀眼,那么此磁性元件即为镍锌铁氧体。如果看到铁氧体的颜色发黑, 有较耀眼的亮结晶,那么此磁性元件为锰锌铁氧体。如果几个元件同一品种,无法分辨时,可以与家中收音机中的中波 磁棒比较一下,就容易分辨了。 2.水磨法 值得注意的是这方法在灯光下部难分辨,最好白天在室外进行观察。 方法是将磁 根据目测法的原理,锰锌铁氧体呈黑色,镍锌铁氧体里棕色,就可以采用水磨法来识别。 性元件的某一端面,放在 200 粒以上的细砂轮上或磨刀石上加水磨几下,然后根据磨出来的水粉进行判断。判断的方法 同目测法,即水粉呈黑色的为锰锌铁氧体,而水粉呈棕色的为镍锌铁氧体; 二、测试法:这种方法比较可靠,但需要一些测试仪器,例如高阻计、高频 Q 表等。 1.利用锰锌和镍锌铁氧体的电阻率 ρ 不同来区 分。由于锰锌铁氧体的电阻率比较低,约在 103 ·cm 以下,而镍锌 铁氧体的电阻率较高,约 105~108 ·cm。所以,我们可以用高阻计或能测量电阻率的其 它任何仪表来测量。测试前, 要在磁心上作两个任意位置的电极,为了测试方便,可选螺纹形、圆柱形、工形磁心两个圆柱体端面作电极,帽形磁心 可选在同一圆平面上作两个电极,这时,用砂皮轻轻磨去待测部位磁心的氧化层,然后可涂上导电性好的材料作为测试 电极,一般可用 6B 铅笔涂上两个石墨电极,作成如图 2 圆柱形磁心、帽形磁心所示的石墨电极,测直流电压在几十伏 以上时的电阻率。在作好两个石墨电极后,也可用 500 型万用表(量程选择开关可放在 10K 档)测磁心的阻值来区分锰 锌还是镍锌铁氧体。一般阻值在 150K 以下的是锰锌;阻值相当大、万用表表头指针基本不动的则是镍锌铁氧体。 3.我们还可利用锰锌和镍锌铁氧体使用频率 f 不同来区分。s9型变压器由于锰锌铁氧体材料的使用频率一般在 2 MHz 以下,它的 Q 值较低;而镍锌铁氧体使用频率在 2~200MHz,它的 Q 值较高。我们可以利用现成的高频线 所示那种 (要求此线圈不装磁心时,电感量小于 20?H) ,先把磁心取出来,再把要测试的铁氧体磁心分别装入,在 QBG—3 高频 Q 表或其它同精度的仪表上测 Q 值,Q 值高的为镍锌;Q 值低的(一般要低几倍)是锰锌。 如果以上三种方法同时采用,则所作的判断就更正确了。 目前,有的工厂为了降低成本,以镁锌代镍锌,镁锌也适用高频,所以,无论目测还是测试得到的高频磁心元件也 有可能不是镍锌,而是镁锌铁氧体,这一点提请注意。 常用的磁环的标号 -2 材(红/透明 如:red/clear) 、-8 材(黄/红) 、-18 材(绿/红) 、-26 材(黄/白) 、-28 材(灰/绿) 、-33 材(灰/黄) 、-38 材(灰/黑) 、-40 材(绿/黄) 、-45 材(黑色) 、-52 材(绿/蓝). 为什么要用共模扼流圈?:当电感中流过较大电流时,电感会发生饱和,导致电感量下降.共模扼流圈可以避免这种情况的发 生. ~b!@#35;[.r c Z U 共模扼流圈的结构:将传输电流的两根导线(例如直流供电的电源线和地线,交流供电的火线和零线)按照图示的方 法绕制.这时,两根导线中的电流在磁芯中产生的磁力线方向相反,并且强度相同,刚好抵消,所以磁芯中总的磁感应强度为 0,因此磁芯不会饱和.而对于两根导线上方向相同的共模干扰电流,则没有抵消的效果,呈现较大的电感.由于这种电感只对 共模干扰电流有抑制作用,而对差模电流没有影响,因此叫共模扼流圈. 制作方法:电流的去线和回线要满足流过它们的电流在磁芯中产生的磁力线抵消的条件.对于没有很高绝缘要求的信号线, 可以采用双线并绕的方法构成共模扼流圈,但对于交流电源线,考虑到两根导线之间必须承受较高的电压,必须分开绕制. 共模扼流圈寄生差模电感:理想的共模扼流圈上的两根导线产生的磁通完全抵消,磁芯永远不会饱和,并且对差模电流没有 任何影响.但实际的共模扼流圈两组线圈产生的磁力线不会全集中在磁芯中,而会有一定的漏磁,这部分漏磁不会抵消掉, 因此还是有一定的差模电感. 寄生差模电感的好处:由于寄生差模电感的存在,共模扼流圈可以对差模干扰有一定的抑制作用.在设计滤波器时,可以将 这种因素考虑进来. 寄生差模电感的危害:会导致电感磁芯饱和.而且从磁芯中泄漏出来的差模磁场会形成新的辐射干扰源. 影响寄生差模电 感的因素:线圈的绕制方法、线圈周围物体的磁导率等有关.例如,将共模扼流圈放进钢制小盒中,会增加差模电感. 差模电感的测量方法:将共模扼流圈一端的两根导线短接,在另一端上测量线圈的电感 铁氧体磁环使用方面的一些问题 铁氧体材料的选择:根据要抑制干扰的频率不同,选择不同磁导率的铁氧体材料.铁氧体材料的磁导率越高,低频的阻抗越 大,高频的阻抗越小.另外,一般导磁率高的铁氧体材料介电常数较高,当导体穿过时,形成的寄生电容较大,这也降低了高频 的阻抗. 铁氧体磁环的尺寸确定:磁环的内外径差越大,轴向越长,阻抗越大.但内径一定要包紧导线.因此,要获得大的衰减,尽量使用 体积较大的磁环. 共模扼流圈的匝数:增加穿过磁环的匝数可以增加低频的阻抗,但是由于寄生电容增加,高频的阻抗会减 小.盲目增加匝数来增加衰减量是一个常见的错误.当需要抑制的干扰频带较宽时,可在两个磁环上绕不同的匝数. %E(Q4@ ?6y RD4h ~.h 例:某设备有两个超标辐射频率点,一个是为 40MHz,另一个为 900MHz.经检查,确定是电缆的共 模辐射所致.在电缆上套一个磁环(1/2 匝),900MHz 的干扰明显减小,不再超标,但是 40MHz 频率仍然超标.将电缆在磁环上 绕 3 匝,40MHz 干扰减小,不再超标,但 900MHz 超标.怎样解决这个问题? 电缆上铁氧体磁环的个数:增加电缆上的铁氧体磁环的个数,可以增加低频的阻抗,但高频的阻抗会减小.这是因为寄生电 容增加的缘故. 偏置电流的影响:当穿过铁氧体磁环的导体上有电流时,铁氧体的阻抗会减小,适当增加磁环的长度可以弥 补这个损失.由于铁氧体磁环主要对高频干扰其抑制作用,而高频干扰一般为共模干扰,因此在使用时,将载有电流及其回 流的导线对同时穿过铁氧体,就可以避免电流偏置,同时对共模干扰电流的衰减作用没有改变. 铁氧体磁环的安装位置:一 般尽量靠近干扰源.对于屏蔽机箱上的电缆,磁环要尽量靠近机箱的电缆进出口. 与电容式滤波连接器一起使用效果更好:由于铁氧体磁环的效果取决于原来共模环路的阻抗,原来回路的阻抗越低,则磁环 的效果越明显.因此当原来的电缆两端安装了电容式滤波连接器时,其阻抗很低,磁环的效果更明显.

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