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如何用饱和电感降低Boost电路二极管的反向恢复电流?

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dog72
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  • 2011-8-3 13:11:26
在Buck电路中,二极管的反向恢复电流可以用饱和电感来抑制,但是在Boost电路中要麻烦的多。因为这个饱和电感串联在输出二极管的后面,如果他不能持续保持正向饱和,就会阻挡功率电感L的输出,并产生很高的冲击电压。
请问大家如何解决这个问题的?图就不用上了吧,太简单了。
我的基本想法是用恒流源给饱和电感励磁,但是这样做损耗挺大的。
仿真效率报告:

dog72
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LV8
副总工程师
  • 2011-8-3 16:26:18
 
上个图吧


稳态工作时,励磁电源使得T1处于饱和状态。
1、 D1导通时,由于T1已经饱和相当于一根导线,D1电流只是增加了导线上的电流,所以毫无损耗的传输给负载。
2、 D1关断时,D1上电流减小到零,这时T1仍然正向饱和
3、 D1由于结电容的存在,所以电流减小到零后继续减小为负值。这时,T1脱离饱和,并逐渐达到反向矫顽电流,这个电流等于两倍的励磁电流。
4、 T1反向饱和之前,反向恢复电流逐渐被消耗直至为零。
整个2-4的过程中,T1脱离了饱和区成为理想变压器,所以反向恢复电流会在励磁侧产生和励磁电压极性相同的感生电压叠加在励磁电压上。如果没有恒流源电感的存在,励磁电流会上升,从而无法起到阻碍反向恢复电流上升的作用。但由于恒流电感的存在,这个理想变压器还是个电抗器。
5、 反向恢复电流为零后,励磁电流继续起作用,从而使T1再一次进入饱和。
更新理论波形分析:



1、 T1时刻前D1截止,T1上只有一个励磁电流,这个励磁电流使得磁芯T1正向饱和。
2、 T1-T2阶段,MOS关断,电流通过D1逐渐增加到功率电感最大电流。
T1磁通已经饱和,不会再增加。
3、 T2-T3阶段,功率电感向负载放电。
T1磁通继续饱和。
4、 T3-T5阶段,MOS开通,二极管的反向恢复。
a) T3-T4电流反向,绝对值逐渐达到最大值(励磁电流+矫顽电流)
磁通脱离正向饱和,并逐渐反向增加,在反向饱和伏秒到达之前,缓慢增加。
b) T4-T5电流反向,但随着二极管节电容电荷的释放,反向电流逐渐减小到零。
磁通随着反向电流的减小逐渐正向增加,直到反向电流为零,重新进入正向饱和。
T5-T6阶段,等于T1以前,功率电感充电,D1截止。
dog72
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副总工程师
  • 2011-8-3 18:58:23
 
LTSpice中无法创建饱和电感变压器,所以只能用恒流源+饱和电感代替。


上图L3是饱和电感,恒流源为0.6A,下面15欧姆的电阻是为了让恒流源不开路(按说大点好,但是仿真时大了饱和电感就震荡了,不知道为什么)
仿真的结果是反向恢复电流基本消失了(原来在同步整流MOS上的反向恢复电流高达80A),但是在15欧姆电阻上产生了300mw的损耗。
稳态MOS关断波形图


稳态MOS开通后L3波形

注意两个振荡,我觉得如果用饱和变压器应该不会出现
ahmanzjk
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初级工程师
  • 2011-8-3 20:21:13
 
好贴,等高人解释。
dog72
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  • 2011-8-4 15:09:36
 
有没有人进来讨论下啊?
tiankaiqi
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本网技师
  • 2013-5-15 15:11:27
  • 倒数4
 
确定这样的电路能使电感饱和吗?
LTSPICE支持模拟电感饱和吗?
我测试的是,超出电感peak current后,电流继续直线上升,10倍也没发生饱和。
jingjingge
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最新回复
  • 2015-12-16 15:26:08
  • 倒数1
 
以我目前的学识水平还看不懂啊
dog72
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  • 2011-8-9 23:17:48
 
添加了新的理论波形分析,大家继续探讨,欢迎拍砖。
dog72
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  • 2011-8-7 01:09:42
 
没人来讨论,就再透露点儿秘密,贴一个主开关管的开关波形:

cdzx11
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  • 2011-8-7 01:27:08
 
做啥呢?
你不妨考虑一下,在晶体管漏极串联一个可饱和电感如何?
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  • 2011-8-7 01:32:45
 
呵呵,暂时还不到透露整个设计的时候。你这个想法很多人想过,但目前还没有实现的,你不妨深入想一下。
cdzx11
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总工程师
  • 2011-8-7 01:36:27
 
不是做不到的问题,而是这种方法对负载变化较大的时候不合用。
如果负载是固定不变的,这种简单的方案就能取得想当好的效果。
dog72
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副总工程师
  • 2011-8-7 17:47:52
 
具体解释一下,我正研究这方面。
cdzx11
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  • 2011-8-7 23:30:46
 
假如在Boost变换器的开关管上串连一个可饱和电感,在可饱和电感饱和之前,电流线性上升。

由于储能电感的电感量比较大,过渡过剩时间很短。所以储能电感在这儿可看作恒流源,可饱和电感的电流增加,则在续流二极电流减少,在续流二极管电流降低到0之前,二极管正极电压不变。
由于在饱和电感饱和之前,二极管电流已经部分被分流,所以二极管发生反偏之前,其正向电流已经变小了,所以反向恢复时PN结储存的电荷变小了,二极管关断损耗变小。

之所以说这种配置只适合于固定负载,是因为一方面为了降低二极管的关断损耗,希望二极管关断前的正向电流越小越好;另一方面,可饱和电感的饱和电流必须小于开关晶体管的峰值电流,否则可饱和电感不会饱和,没饱和的电感在开关晶体管关断时要释放能量,这部分能量无处可去,只能通过击穿开关管而释放。

对于固定负载,当开关晶体管开启时,储能电感电流基本上是线性上升的。而开关管关断时,流过续流二极管的储能电感电流基本上是线性下降的。如果能把可饱和电感的饱和电流设定在储能电感的最大值和最小值之间,那么当开关管开启时,二极管将会零电流关断,可饱和电感会在开关管导通期间饱和——这是理想的配置,但显然实际使用要达到这样的情况在大多数时候是不现实的。
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  • 2011-8-8 00:31:27
 
这里面有些错误,我写下来供你参考一下:
1、“没饱和的电感在开关晶体管关断时要释放能量”。饱和电感是否饱和,这部分能量都不会消失,晶体管关断时都会击穿获得释放。
2、反向恢复电流的大小和加在二极管上的di/dt及二极管结电容有关,即便二极管上的正向电流很小,如果结电容很大,dt很小,那么反向恢复电流也会很大。不知道我这个理解对不对?如果对,那么电感饱和的瞬间,可以看做一个dt=0的间断点(实际不会为零,但是不会超过1个纳秒),因此这种配置应该会增大二极管的反向尖峰电流。
cdzx11
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  • 2011-8-8 01:44:17
 
1. 电感饱和之后,其电感量将大幅度下降,而电流并不会因此变大,所以电感存储的能量必然变小了。至于这部分能量的去处,没看见有什么文献谈到这个问题,我个人倾向认为是被磁芯本身吸收了。

2. 二极管正向导通的时候,结电容就变成了以扩散电容为主。如果我没记错扩散电容和电流是相关的。
至于二极管的损耗和关断前的电流是否有关系,应该是可以通过试验来确定的。

另外,如果按照我给的理想状态来看:二极管反向电流下降到零之后,因为可饱和电感还没有来得及饱和,这时候可饱和电感电流继续增加,增加的这部分电流是通过对二极管结电容、分布电容放电而获得的,二极管阳极电压下降速率将由电容和可饱和电感的电感量决定。这种情况下,显然二极管关断损耗会变得非常低。
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  • 2011-8-8 09:25:55
 
第一个问题,关键在饱和前,饱和前电感是存储能量的,这部分能量不能凭空消失,一旦MOS关断,必然要感生电压,破坏器件。磁芯本身不能吸收这部分能量,一定要外加吸收电路,所以饱和电感矫顽力都很小,就是为了减小这部分能量。
第二个问题,我觉得如果这么用饱和电感,确实没啥问题,但是饱和电感中会存储大量的能量,这能量恐怕比反向恢复电流带来的损失大多了。通常饱和电感都是矩形回线,低矫顽力的器件,饱和前的矫顽电流只有几个A/m,在电路中也就能产生几百毫安的电流,这点儿电流是不够吸收功率电感的电流的,因此实际上饱和前根本无法减小二极管上的电流。
cdzx11
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  • 2011-8-8 14:39:20
 
1. 我前面说过,正确的用法,必须保证在开关管关断前可饱和电感进入饱和状态。的确,在饱和之前电感存储又能能,这部分能量不会消失,如果这部分能量不是在可饱和电感的磁芯进入饱和状态时被吸收掉了,那么请你告诉我:这部分能量是以何种形式,存储在哪儿?

2. 设计可饱和电感的首要工作就是设定其饱和电流的门槛,至于这个门槛电流能做到多大,是另一个问题了。
至于可饱和电感消耗的能量和二极管反向恢复过程消耗的能量孰大孰小,似乎不是我们这儿空对空的讨论能有结论的,必须要通过试验,或者有具体的数据来计算。需要提醒的是,可饱和电感的电感量通常都是很小的,所以饱和电感存储的能量不可能太大。
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  • 2011-8-8 16:41:00
 
1、这部分能量以磁场能存储在铁芯中,这部分能量电感本身吸收不了,饱和了这部分能量也在,不会消失,能量守恒啊。饱和电感首先是电感,然后才会饱和。
2、能量大小无需实验,计算就行。一般磁芯的厂家都会给出参数,比如磁密和最大磁通量,这最大磁通量就是电感能存储的最大的能量。
还有矫顽力A/m,这个参数反应了磁芯饱和前能承受的最大电流(只有矩形回线电感是这样),超过这个电流就会饱和。
另外,我觉得咱俩认知的饱和电感不是同一种,我所知的是一种矩形磁滞回线可饱和电感,专用于尖峰抑制器的。
cdzx11
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  • 2011-8-8 17:06:04
 
1.
汗!你仍然只说能量依旧存在,问题是能量存在的形式,能量存在的形式决定了当晶体管关断的时候,是否会在晶体管上出现一个尖峰电压,导致晶体管击穿并释放。
饱和电感当然是一个电感,但当它饱和之后还是电感吗?虽然还会有残余的分布电感(基本上就是引线电感)存在,但这个电感的电感量已经和饱和前差了若干个数量级,i2L/2也变得非常小了,所以以电感电流的形式储存的能量已经基本上不存在了。

我没有否等能量守能,而是认为这部分能量可能被磁芯吸收了,变成了热能。

2.
假如,我们的可饱和电感就是一个穿线磁环,那么调整加大磁环的截面积,是否可以使饱和电流达到我们需要的数值?
greendot
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  • 2011-8-8 18:07:09
 
同意17楼的,饱和了,磁场能量 E= ∫H*dB,不会不存在。
cdzx11
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  • 2011-8-8 19:53:32
 
磁场到的确存储有能量,但这能量该如何释放呢?
矩形磁滞回线的磁性材料,当H回复到0的时候,剩余磁通密度Br基本上和Bmax相等,只下降很少一部分,所以这部分能量最多只有很少一部分通过感生电动势的形式释放,剩余能量似乎并没有被释放。

在发这个帖子之前,我就在考虑磁场能量问题。对于矩形磁滞回线的材料,如果不加反向电流,磁通该如何复位呢?这不仅仅是我们这儿讨论的Boost电路的问题,似乎所有用可饱和电感抑制开关损耗的电路都有这个问题。
dog72
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  • 2011-8-9 09:01:29
 
是的,剩余能量作为硬磁存在于铁芯中,这是器件厂商努力要解决的问题,就是降低矫顽力。
这个磁通复位一定是要做的,一般用反向电压,达到一定的伏秒数即可复位。用电压计算比较方便,但有些还是用电流的。
cdzx11
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  • 2011-8-9 14:03:12
 
矩形磁滞回的材料磁矫顽力并不高,只需要很小的磁场就能复位,但剩磁通密度很大——如果是理想的矩形磁滞回线材料,剩磁通等于饱和磁通。
关键是,一般采用的直接在线路上串接一个磁环的方式,通通没有产生这个复位磁通的机制。按这而的分析,似乎这种用法是根本无效的。
dog72
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  • 2011-8-9 23:25:27
 
直接加环的,加的应该不是饱和电感而是铁氧体磁珠,那东西是滤波用的。凡要用饱和电感的,一定要加吸收电路,这个吸收电路其实就是复位电路,否则一定是感生高压然后靠分布电容复位。
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  • 2011-8-9 08:57:37
 
这是空心电感的能量,这之前还有存储。
cdzx11
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  • 2011-8-9 14:05:47
 
空心电感存储的能量显然只是饱和前电感能量的一小部分。
剩余的能量只能是以剩磁方式存储在磁芯里面,我过去是想当然的认为这部分能量直接在磁芯里面变成热了——磁芯反向磁化的过程总,剩磁能量应该是变成热量消耗掉了的。
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  • 2011-8-9 19:06:39
 
剩磁只是一部分,剩磁是变热消耗了。假设Br/Bs=0.85,那么会有15%的磁通是要恢复的。对与钴基非晶来说,我们看尺寸是1005的,2倍磁通是5.4uWb,15%就是0.81uWb。
E=dΨ/dt,这个可以算算感生电压是多少。
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  • 2011-8-9 08:56:26
 
1、这就对了,饱和电感进入饱和前是个电感,随着激磁电流的增加,存储在电感中的能量增加;随着激磁电流的继续增加,电感中无法在存储多余的能量,于是饱和了。为什么饱和电感相当于导线呢?就是因为它不能继续存储能量。那么随着激磁电流的减小(MOS关断),饱和电感慢慢退出饱和,这个时候它又变回电感,饱和前存储的能量就要释放。所以会在MOS上产生尖峰击穿。
所以能量不是被磁芯吸收了,磁芯吸收的是硬磁,即磁滞回线包围的那部分,而软磁则需要电回路来释放。
2、饱和电感的目的就是减少能量存储,你反其道而行之不如用普通电感,那东西饱和电流大。
cdzx11
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  • 2011-8-9 15:55:53
 
1.
磁芯饱完全和之后,电感量不只是下降,而且会下降到低于空心电感的程度(这个问题不多说,再说就离题太远了)。对于套在导线(或者晶体管的管脚)上的可饱和电感,当磁芯饱和之后,其电感量不就相当于没套磁芯的电感吗?
所谓电感无法存储更多的能量,实际上意味着电感量为零。
的确,开始存储的能量仍然存在,这部分能量是存储在磁芯中的。
我刚才特地去查了一下非晶态钴基合金的磁化曲线,还好这种材料不是接近理想的矩形磁材料,当外加磁场消失之后,剩磁通密度大约在50%到60之间(接近60%),不会出现我担心的无法工作的情况出现。
这就意味着磁通密度将从Bmax下降到约0.6Bmax,磁通变化率略大于0.4Bmax,这个磁通量的变化的确会感生出一个电流,这个电流将会导致MOSFET漏极上的尖峰电流。至于此电流究竟是否会导致MOSFET击穿,要看MOSFET的漏极电容和磁芯的大小(决定了磁芯释放的能量大小)。

2.
加大磁芯的确会导致存储的能量(可释放的部分)增加,但这并不等同于普通电感。
可饱和电感的磁导率非常高,这就意味着饱和之前电感量很大,能极大地限制其d i/d t,另一方面,当电流大到一定程度之后,电感量下降到几乎为零,以避免存储更多的能量。
如果改用普通电感,电感量小,起不了限制d i/d t的作用,电感量大则存储的能量变大。
事实上,无论尖峰抑制器用在什么拓扑里面,要想使尖峰抑制器能起到相应的作用,根据工作电流选择磁芯的大小都是必要的,如果磁芯太小,过渡过程刚开始就饱和了,还能起到加尖峰抑制器的作用吗?
cdzx11
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  • 2011-8-9 16:07:19
 

这是尖峰抑制器常用的钴基非晶态合金和铁氧体的磁滞回线比较
cdzx11
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  • 2011-8-9 16:10:12
 

对于理想矩形磁滞回线的材料,当外部磁场归零之后,剩磁通密度等于饱和磁通密度。
对于接近这种曲线的材料,除非加外部磁通复位,否则当其饱和之后,剩磁能量无法释放。
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非理想的也不能自己复位,否则没法用了
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  • 2011-8-9 19:50:08
 
那你认为直接套在晶体管(包括二极管)管脚上的瞬态抑制器都无法自己复位,都是没有用的东西?
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  • 2011-8-9 23:12:17
 
那你说说,他们是如何自己复位的?
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  • 2011-8-9 19:15:21
 
1、见30楼
2、可饱和电感要饱和也不是那么容易的,必须保证一定的伏秒数,所以尖峰抑制器可以做的很小,因为对它起作用的是输出电压,而不是反向恢复电流。
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电压乘上时间才对吧!
对以一个确定的可饱和电感,电压、时间确定了,电流不也确定了?
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  • 2011-8-9 23:14:33
 
伏秒数=电压*时间
确定伏秒数,也无法确定电流,因为这是个非线性器件,电流会产生突变。
blueskyy
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  • 2011-8-8 08:56:59
 
最近有点忙,先来占个位 ~
dog72
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  • 2011-8-8 09:43:49
 
就等你了,这个电路如果实现了,同步整流不需要专用的驱动芯片了,而且损耗还降低了。
blueskyy
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  • 2011-8-9 09:27:15
 
我能说啥,一字不落地看完您和cdx11精彩的讨论,受益颇多 ~
一直没有理解好“矫顽力”这个参数,请帮助扫扫盲 ~
您17楼说:
矫顽力A/m,这个参数反应了磁芯饱和前能承受的最大电流(只有矩形回线电感是这样),超过这个电流就会饱和 ~
那么软磁材料 矫顽力呢?这个指标的意义反映在哪里呢?
dog72
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  • 2011-8-9 19:33:21
 
扫盲谈不上,大家探讨。我觉得软磁硬磁只是相对而言,对任何一个需要变化磁场的应用而言,矫顽力都代表损耗。
blueskyy
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  • 2011-8-9 20:08:40
 
1。矫顽力:这个参数反应了磁芯饱和前能承受的最大电流(矩形回线)
2。对任何一个需要变化磁场的应用而言,矫顽力都代表损耗
讨教,这两句话意义上有何联系?
dog72
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  • 2011-8-9 21:16:44
 
1、矩形回线,激磁电流在到达矫顽电流之前,铁芯的磁导率比较低,所以很容易达到矫顽电流。但是到了矫顽电流之后,磁导率急速上升,呈垂直于H的直线状,所以电流被卡在这里不能上升,直到伏秒数等于总磁通,达到饱和。所以,这个参数可以近似的反应磁芯饱和前能承受(或者允许通过的)最大电流,一旦超过这个电流磁芯就饱和了。
2、剩磁Br和矫顽力Hc共同决定了磁芯在交流激磁下的磁滞损耗,从回线上看
没有剩磁或没有矫顽力,回线都会退化成一根直线(或折线)。磁滞损耗就是交流激磁电流引起磁芯磁场变化轨迹所包围的回线面积,如果回线退化成直线了,面积就是零,就没有损耗了。
至于联系,我到觉得矫顽力越低越好,剩磁不同应用场景要求不同。不过对于永磁来说,矫顽力是越大越好,否则容易消磁。
cdzx11
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  • 2011-8-10 14:29:03
 
再汗!
怎么犯这么低级的错误,不客气的说,我感觉你对磁性材料的最基本的知识都没学通。


磁矫顽力的定义是:对磁化的铁磁材料外加反向磁场,使铁磁材料内部的磁感应强度刚好等于零时,所施加的磁场强度就是磁矫顽力。
这儿有个问题(我记得这儿提人说过这个问题):作为磁性材料的参数,实际上应该是最大磁矫顽力。最大磁矫顽力的定义就是使材料充分饱和之后,得到最大剩磁通密度Brmax,此拥有Brmax的样品对应的磁矫顽力叫做最大磁矫顽力——最大磁矫顽力是材料的特征参数,不会随磁化的程度而改变。

矩形回线,激磁电流在到达矫顽电流之前,铁芯的磁导率比较低,所以很容易达到矫顽电流。
你这段文字似乎是说:对于完全退磁的铁磁材料样品,在从零开始逐渐增加的外部磁场中,会先沿着一条水平(或者斜率很小的)直线(或曲线)先达到磁滞回线(实际上你这儿似乎是最大磁滞回线),然后沿着此回线向上,直到饱和。
你所描述的这种状况根本是不会出现的,在逐渐增加的外部磁场作用下,铁磁材料的磁感应强度会沿着一条光滑曲线直接开始上升,在接近饱和磁通密度的时候,这条曲线开始向右弯曲,并最后与饱和之后的磁滞回线重叠。另外这条曲线始终会处于最大磁滞回线内部不会超出。

关于完全退磁后的铁磁材料的磁化曲线,我就不画了,也懒得去找,网上、相关书籍里面都有。
我就描述一个特例:对于完全退磁的理想的矩形铁磁材料来说,此画曲线就是从零到矩形的右上角的一条直线。对于非完全理想的矩形铁磁材料,比如我前面给出的那个平行四边形的磁滞回线,从零开始的磁化曲线同样是从零到平行四边形的右上角的一条直线。

前面你的回复我不再回复了,在你没把这些基本概念彻底弄明白之前,要和你说清楚这些问题是在有些费力。
关于可饱和电感,我过去的认识也有一些错误.比如认为可饱和电感饱和之前的能量全部被磁芯吸收了,这是因为没有仔细分析,想当然的结果,感谢你让我把这些问题做了一次比较彻底的清理。
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  • 2011-8-10 17:23:23
 
您慧眼如炬,我是个行外人,对磁性材料的了解仅限于理论。下面描述一下矩形回线的工作过程,欢迎您指正。回线图是自己画的,比较粗糙。


1、 初始状态,饱和电感剩磁为零(这也不一定,我们就当是这样)
2、 随着H增加,B0-1走一条平滑曲线,这里我没画因为这不重要,这条曲线只会走一次。(即便画也会和6-7-8差不多,至少我没见过0-1一根直线的磁化曲线,内部的回线一般长得都跟回线的包线差不多,我也不明原因)
3、 到达1后,电感饱和
4、 随后电流下降,注意这个时候饱和电感退磁的曲线是1-2-3,几乎是一条水平的直线,磁导率几乎为零。很快,退磁电流达到-Hs并被卡住不再增加
5、 虽然退磁电流被卡住,但是B依然会继续减小并反向增加,达到一定的伏秒数后,B走过3-4-5达到负的饱和。
6、 随后正向退磁,电流很快达到+Hs,,接下来完成一次循环。
讨论问题是为了更明白,如果您觉得我很难沟通,那抱歉辛苦您了。另外,这是纯理论的推导分析,哪位有条件可以验证一下。
cdzx11
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  • 2011-8-10 18:51:49
 
我明白你的意思了,你是描述不清。你的意思是双向磁化,从反向饱和状态开始描述的,但这不种状态不应该作为缺省状态来描述。
因为你没加前提,事实上,我们很多时候都只用了单向磁化,比反激变压器、常规的正激变压器。

瞬态抑制器最常见用法也是单向磁化的,你在这儿搜索瞬态抑制器就应该能找到相关应用的描述。
至于说串联在管脚上的磁芯都是铁氧体,我只能说你想当然。
没有额外的磁通复位措施的瞬态抑制器不但可以用,而且这是最常见的用法。只不过因为剩磁,导致磁化曲线从Br出开始,虽然从零开始到磁芯饱和所需要的ΔH不变,但ΔB变小了,这意味着有效导磁率下降,可饱和电感的可用电感量下降,但只要磁芯选择合适,尖峰抑制器仍然能够继续工作。
对于矩形系数很好的磁芯,你所设想的外加磁复位措施,反向饱和磁化的磁芯用作尖峰抑制器的效果并见得不好。就像你所说的,磁滞回线从-Br开始磁化,磁导率很低,这就意味着在这时候可饱和电感的电感量很低,电感电流上升很快,电感电流迅速上升这个尖峰抑制器还有用吗?
对于实际的磁芯,比如常用作尖峰抑制器的钴基非晶态合金,问题到没这么严重,具体什么条件小尖峰抑制效果更好,还需要进一步根据实际的磁滞回线进行分析。
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  • 2011-8-10 19:06:43
 
1、我希望你能举出一个实际的例子,直接串联饱和电感做瞬态抑制的例子,最好图文并茂。如你所说,我在本论坛搜了一个:http://bbs.21dianyuan.com/14249.html
这个是需要吸收电路的,我理解这个吸收电路就是用于复位的


所示电路中,当S1导通时,D1导通,D2截至,由于可饱和电感L[sub]s[/sub]的限流作用,D2中流过的反向恢复电流的幅值和变化率都会显著减小,从而有效地抑制了高频导通噪声的产生。当S1关断时,D1截至,D2导通,由于L[sub]s[/sub]存在着导通延时时间Δt,这将影响D2的续流作用,并会在D2的负极产生负值尖峰电压。为此,在电路中增加了辅助二极管D3和电阻R[sub]1[/sub]
cdzx11
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  • 2011-8-10 21:49:26
 
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  • 2011-8-10 22:50:39
 
论坛不能上传图片了。
第一个帖子,我回过。

这图中的饱和电感不是用于瞬态抑制的,如你所说他的工作点是Bs-Br。但是他也是吸收的,靠C2吸收,而且C2也要靠D3后面的电路释放,否则电压会越来越高,U迟早击穿。
另一个问题,这个图是没有经过实践检验的,甚至没有仿真过。因为我仿真了,饱和电感可以延迟开关电流,但是随后带来的di/dt非常大,导致D1的反向恢复电流极大,几乎没有二极管能承受。所以,这个图基本上是错的。
第二个图:

这个图我很早就见过,这个工作点可不是Bs-Br,这是有反向矫顽过程的。你说这个没有复位电路?没有复位电路是因为这是个示意图,如果变压器前面是个的电路是反激,没有复位电路必死无疑。
如果不是反激,只是纯粹的推挽类,这个示意图可以工作,因为正向脉冲本身的一部分充当了复位电路,代价是失去一段占空比。
你仔细考虑吧,饱和电感无需复位,意味着这个器件本身就不符合物理定律。当然你可以继续寻找实例。
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  • 2011-8-10 19:19:40
 
“没有额外的磁通复位措施的瞬态抑制器不但可以用,而且这是最常见的用法。只不过因为剩磁,导致磁化曲线从Br出开始,虽然从零开始到磁芯饱和所需要的ΔH不变,但ΔB变小了,这意味着有效导磁率下降,可饱和电感的可用电感量下降,但只要磁芯选择合适,尖峰抑制器仍然能够继续工作。”
这样用我觉得也没问题,但是要精确的计算。因为好了尖峰抑制器,矩形比达到95%以上,也就是说你只能用5%的伏秒来抑制反峰,不知道时间够不够啊。
好吧,即便是够的,我也实在想不出来你是怎么抑制的,能不能给个局部原理图啊?我实在想不通,因为抑制反峰,电流必然有正有负,只要有负电流,必然要反向矫顽,至少上图的1-2-3回线你是要走到的,至于是不是反向饱和无所谓。我都说乱了,呵呵。
dog72
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  • 2011-8-10 19:25:38
 
按照你这个说法,我1楼得图是无的放矢了?至少我仿真过程中,把尖峰抑制器直接串联在二极管上,得到的结果是巨大的感应电压。
cdzx11
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  • 2011-8-10 19:51:56
 
你说Boost电路不能把尖峰抑制器串联在二极管上,这我完全同意,这个结论只需要做一个简单的分析就能得到结果。
另外,你对矩形系数的定义理解是不是不对?
(说实话,我也不记得具体的定义,我只是找了钴基非晶态合金的磁化曲线来看,认为可用。大概没有比估计非晶态合金更适合做瞬态抑制器的磁性材料了吧?如果你说有,麻烦你告诉我)
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  • 2011-8-10 21:04:16
 
你给一个不需要吸收的例子,就一个例子就够。你要什么曲线数据,我这里都有,我也贴了图了。
上电路图,比什么都有说服力,这应该不涉及专利。
cdzx11
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  • 2011-8-10 18:55:20
 
不是认为你难沟通,而是觉得你太想当然了——虽然我也翻着种错误,但基本概念不应该犯想当然的错误。
磁化曲线问题,可以说是你的描述有问题。
但磁矫顽力的问题实在不应该,不清楚可以去查资料,或者干脆不答这个问题——所谓知之为知之,不知为不知,不清楚就不说。
dog72
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  • 2011-8-10 19:03:05
 
老兄,我真的无语了,哈哈。
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  • 2011-8-10 19:11:58
 
关于矫顽力的问题,对于矩形回线磁芯,我实在看不出我说的有什么问题。矩形回线不同于其他回线,矫顽电流就是道门槛,越过了就饱和,没饱和之前无法超越。
你说:“就像你所说的,磁滞回线从-Br开始磁化,磁导率很低,这就意味着在这时候可饱和电感的电感量很低,电感电流上升很快,电感电流迅速上升这个尖峰抑制器还有用吗?”
我要说。这相当的有用,因为矩形回线磁芯,矫顽力很低,所以这个电流比起尖峰电流来说,小的不能再小了。
cdzx11
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  • 2011-8-10 19:47:39
 
1. 磁矫顽力的定义不是像你这样来的,你原来的描述可没有事先反向磁化一说,我说过这不能作为缺省的条件的。如果去掉这个你自己心目中的前提,你自己看你的描述对不对。
我又回头看了看蓝天的提问:矫顽力:这个参数反应了磁芯饱和前能承受的最大电流(矩形回线)这句话是你说的?这句话也不对,反应磁芯饱和前能承受的最大电流的是饱和磁场强度,这和磁矫顽力是两个不相干的概念。
说到底,磁矫顽力的含义是:退磁所需要的磁场强度,你的描述里面包含了这层意思吗?

2. 对于矩形系数很好的材料,在反向剩磁的情况下,在一开始的确只需要很小的ΔB就过了拐点,电感量开始变大,这就意味着对于某一个输入电动势,只需要很小的时间dt就过了这个阶段。
但是:你要注意到对应的ΔH有多大?ΔH大意味着电流增量大(事实上你从磁场强度的量纲就能得到这个结论)。虽然dt小,但因为可用电感量很小,所以电流增量ΔI也会很大。
这个问题说到底,还是你对相关知识了解地不够透彻。
cdzx11
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  • 2011-8-10 19:54:08
 
就你46楼给出的曲线,反向磁化之后用作尖峰抑制器效果基本上等于没有。
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  • 2011-8-10 21:20:18
 
为啥没有您到给个说法啊,哪有直接上结论的啊。我简单给你算一下:
尖峰抑制器矫顽力为1.2A/m,磁路长度20cm,饱和前能通过的最大电流为240ma,这点儿电流相对于未加抑制器的二极管反峰来说算不算抑制了啊?为啥我把反峰电流从几十安培降低到几百毫安,就算没效果呢?
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  • 2011-8-10 21:00:04
 
ΔH到底有多大?给个明确的数值好不?矩形回线的材料你到底查过参数没?给你个材料的参数图我们数字说话:


看到了没。矫顽力只有1.2A/m,对于有效磁路只有几十厘米的磁芯来说,矫顽电流是毫安级别的 ,真不知道你们那里用的啥材料。拜托您也用数据说话好不。
对于第一点,我明确说了“只有矩形回线”矫顽电流才反应了饱和前能承受的最大电流,我说别的类型的材料了吗?而且我还说了是近似,不知道您是怎么理解的。
cdzx11
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  • 2011-8-10 22:25:16
 
我算是明白了,我们所有的争论都是白费的。
原因很简单,对于可饱和电感的工作过程,是如何起作用的都没有共识,所以后面的讨论都成了各说各话。

对于最大磁矫顽力1.2A/M的小磁芯,对应的退磁电流究竟是不是几十毫安,我没算过不清楚。那么这个磁芯对应的饱和电流又该是多少呢?你的这个资料看不出来,但大概不会比退磁电流多多少吧?
这样一个可饱和电感串联在器件上能起什么样的作用呢?为了简单起见,我按折线来考虑,磁滞回线上的点就按你46楼的标注:
1. t0之前,电压为零,磁芯被反向饱和磁化之后,没有被外加磁场驱动,磁芯状态处于图中点6处。
2. 从t0开始加上电压U1,在时刻t1,磁芯内部状态沿磁化曲线移动至拐点点7。状态因为拐点处的磁感应强度B7和B6之间的差值很小,t1-t0=(B7-B6)*U1/Ae就是一个相当小的数值,(这儿假设电感为单圈,Ae为磁芯有效截面积),此时电感电流为I1
3. U1继续存在,电感的磁场强度、磁感应强度继续增加,在t2时刻到达磁饱和点点1。由于这段此画曲线有效磁导率变得很大,电感量也相应增大,电流增加速度相应变慢。这段时间长度为:t2-t1=(B1-B7)*U1/Ae,由于B1和B7的差值很大,那么相应的时间t2-t1就是一个相对较大的数值。t2时刻的电流值为I2,则I2-I1应当是一个相当小的数值。
4. 过了点1之后,磁芯内部磁化状态继续沿磁化曲线向右运动,由于此时磁芯已经饱和,电感量趋于零,电感电流将由外部控制。

我这儿的描述你不会认为有问题吧?
按照你的说法I1的大小只有几十毫安,并且我们假设这几十毫安的电流可以忽略不计。由于I2-I1的差值应该相当小(应该比前述的几十毫安小得多),所以我们可以认为I2≈I1,这是不是意味着可以忽略I1就可以忽略I2?
那么我们得到的是一个什么样的东西?如果I2可以忽略,似乎这个可饱和电感所起的作用就是使的输入电压发生了延时,除此之外还能有什么用处?
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  • 2011-8-10 22:59:12
 
那么我们得到的是一个什么样的东西?如果I2可以忽略,似乎这个可饱和电感所起的作用就是使的输入电压发生了延时,除此之外还能有什么用处?
================
这个用处还不大?延迟开关啊。另外怎么会看不出饱和电流大小呢?对于矩形回线,Hc矫顽力近似临界饱和电流(差不了多少)。根据安培环路定律:H=I*N/L,N是匝数,L是磁路长度。
对于抑制器,N=1,对于1005磁芯,L差不多是26毫米,所以电流I=H*L=1.2(A/m)*0.026m=0.03A。原来我还多估算了一个数量级,惭愧。
cdzx11
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  • 2011-8-10 23:36:17
 
汗!
感情你的可饱和电感不是用来减小二极管反向恢复问题造成的损耗和噪声的?
如果只是延迟开启,能起到这样的作用吗?
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  • 2011-8-10 23:57:32
 
延迟开启,二极管的反向恢复电流就自然消失了。只要这个过程中,二极管的节电荷能够被这点儿电流缓慢的释放掉,不导致二极管反向导通,尖峰抑制就做到了。
cdzx11
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  • 2011-8-11 00:15:42
 
说到底还是要输出电流对吧?
问题是,储能电感使得在这个过渡过程中,总电流是不变的!
要消除反向恢复效应的二极管A肯定原本是处于导通状态的,可饱和电感的作用就是使二极管A从导通到关断的过程中,避免二极管A被突然加上一个大的反向电压。
显然能起作用的可饱和电感不可能是和这只二极管A串联的,因为和二极管A串联的可饱和电感必然处于饱和状态,所以这儿起作用的可饱和电感必然在另一个支路。
如果在可饱和电感饱和之前,通过的最大电流I2远小于二极管A原本流过的正向电流,那么在电感饱和之前,二极管A上的电流基本上没变;在可饱和电感饱和之前,输入电压基本上全部由可饱和电感承受,所以二极管A上的点压在t2之前也没有发生反转。
可见,在t2之前二极管A的工作状态基本没变,到时刻t2,可饱和电感饱和,作用消失。这时候二极管A上的电压突然反转……
这儿的描述足够清楚吗?如果只是起延时开起作用,可以说并没有改变二极管的工作状态。
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  • 2011-8-11 00:24:22
 
显然能起作用的可饱和电感不可能是和这只二极管A串联的,因为和二极管A串联的可饱和电感必然处于饱和状态,所以这儿起作用的可饱和电感必然在另一个支路。
==================
你再想想!和二极管串联的电感是正向饱和的,二极管反向恢复的时候这个饱和电感要反向矫顽的,这个时候饱和电感就相当于一个延迟开关,阻碍二极管上的反向电压上升,因此二极管的反向恢复电流就很小。你给我的第二个链接就是串联的,用的就是这个原理。
我现在明白你的困惑在哪了,你认为饱和电感饱和了就是一根导线,但其实这根导线是单向的。
cdzx11
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  • 2011-8-11 00:43:17
 
思维误区
cdzx11
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总工程师
  • 2011-8-11 00:43:40
 
我认输
cdzx11
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总工程师
  • 2011-8-11 00:46:36
 
不过你顶楼的问题也就不存在了,你在串联在主续流二极管的可饱和电感上并联一只同一个方向的辅助二极管就解决问题了。
dog72
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  • 2011-8-11 00:54:20
  • 倒数10
 
呵呵,你再想想。二极管零点几伏的压降,电感多久才能饱和啊?饱和电感成摆设了
cdzx11
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总工程师
  • 2011-8-11 01:09:29
  • 倒数9
 
这也好办啊,多串几只,甚至串一个稳压二极管。
这儿二极管消耗的能量应该并不大,可以计算的。
毕竟,反向恢复时间不到100ns的二极管不难找吧?那么磁芯只要保证维持100ns的阻断时间就可以了。假如输入电压400V,那么对于1V的二极管正向压降,对应的正向饱和时间为40μs,根据最大占空比可以计算出所需要的二极管压降。
具体多大的压降产生的损耗最小,应该是可以计算出来的,或许在耐压允许的条件下,在二极管上串联一只100V数量级的TVS二极管是更好的选择。
dog72
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  • 2011-8-11 01:17:45
  • 倒数8
 
这不是把反向恢复的损耗转移到正向导通上来了,而且耐压还真是问题,我其实考虑过这个做法的,但是频率高了周期很短,不够时间恢复的。
所以我考虑了1楼的电路,目前来说我还找不出这个电路的缺陷,就等着诸位挑毛病了。
cdzx11
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总工程师
  • 2011-8-11 01:32:35
  • 倒数7
 
你把损耗转移给了恒流源,而且你的电路变得多复杂?电路越简单越好。
事实上,只要工作周期远大于反向恢复时间,对于低压应用最简单的并联二极管应该就基本上足够了。如果是在线应用,那么换SiC、GaN肖特基二极管吧。
虽然看起来把损耗从反向恢复转移到正向导通了,但两者的大小差异是多少?没有定量分析的话,说什么都是空的。
dog72
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副总工程师
  • 2011-8-11 13:41:46
  • 倒数6
 
定量一下:
1、假设用无源RD吸收。
无源RD吸收就是在饱和电感上并联二极管+电阻的吸收电路,当输出二极管导通时,饱和电感需要一定的伏秒才能导通,则这段时间内,输出电流通过RD网络送向负载,同时在RD网络上产生压降,这个压降加在饱和电感上促其饱和。
损耗分析:目前最小的饱和电感是1005,磁通即伏秒数为11uWb,如果要达到纳秒级的恢复时间(比如100ns),吸收压降就要达到百伏甚至千伏(100ns需要110V)。假设频率是1MHz,那么这个损耗就无法接受了。
因此RD吸收只适合于低频开关电路。
2、有源励磁饱和电感
根据安培环路定律:H=I*N/LN是匝数,L是磁路长度。

对于抑制器,N=1,对于1005磁芯,L差不多是26毫米,所以恒流源所需电流I=H*L=1.2(A/m)*0.026m=0.03A
如果用3.3V电源驱动恒流源,则损耗为10mw。如果提高励磁端的匝数,所需电流可以进一步下降。而且这个和频率无关
dog72
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  • 2011-8-15 19:52:01
  • 倒数5
 
仁兄有没有可能做个试验,帮忙验证一下。
dog72
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  • 2011-8-11 00:48:22
 
为啥要在乎输赢呢?文无第一,武无第二。您对饱和电感了解的已经非常深刻了,至少我是这么认为的。
blueskyy
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总工程师
  • 2011-8-9 20:45:24
 
再请教一个问题:
来看一个BUCK-BOOST 拓扑(BCM模式)
1。励磁过程
电源输出能量E1=0.5*VIN * Ip*D*T = 磁场能
2。消磁过程
(将输出电容和负载组合成一个吸收能量网络)吸收能量E2=0.5*VO*Ip*(1-D)*T
显然E1=E2 。
对于硬磁材料,在H重新回零的时候,B不为零,也就是意味着:磁芯中仍然有磁通,仍然有磁能。可是这个能量来自哪里呢?上面E1=E2的,ON周期的储存的磁能在OFF 周期完全释放给负载了,那么:为什么还存在剩余磁通?它对应的能量来自哪里?
dog72
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  • 2011-8-9 21:26:39
 
呵呵,显然开关电源用的磁芯不是硬磁,否则没有输出能量,绝大多数能量都储存在剩磁中了。用于储能的电感磁芯,磁滞回线一般都是窄窄的、长长的,与H/B坐标轴呈45度夹角,这样的回线几乎没有磁滞损耗,而且电感不随激磁电流变化而变化,这样有利于电路工作在线性区域内。
另外,为什么说CCM铁损小,原因也是磁滞损耗。抬高磁芯的工作点,会导致输出同样的能量需要的磁通变化变小,磁通变化小了工作回线的面积就小,磁滞损耗就会变小。
cdzx11
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总工程师
  • 2011-8-10 14:01:44
 
汗!你这45度怎么来的?你是不是调整坐标的单位长度来将就磁导率?

只有采用高斯单位制的时候,可以说真空的导磁率是一条45度的直线。
这是因为在高斯单位制中,磁导率是一个无量纲的数字,真空的导磁率定义为1。事实上,在早期高斯单位之中,磁场强度和磁感应强度的单位都是高斯。
dog72
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  • 2011-8-10 17:55:33
 
呵呵,45度确实是示意图惹的祸。不过储能电感的磁导率都很低,下图是一种专用于功率电感的铁粉芯的参数表,参考一下:


磁导率不过百,事实上磁滞回线为扁平的最适合功率储能电感,这种材料磁导率不能高了,因为过高的磁导率导致恒磁导范围很小,而且易饱和。当然,磁导率为1的材料也没见过,过低的磁导率电感量上不去,因为现在的电源频率还是很低的,所以低磁导率意味着匝数的增加,得不偿失。
joobreeze
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  • 2011-8-10 22:45:36
 
嗯,有图有真相
nc965
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  • 2013-5-15 19:07:03
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磁导率为1的材料就是真空,空气也差不多。
nc965
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  • 2013-5-15 19:05:13
  • 倒数3
 
在Boost电路或Buck电路中使用饱和电感,作用是一样的
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