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低频磁芯用于高频时,会出现什么问题?磁芯饱和吗?

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1
怕瓦落地_li
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LV6
高级工程师
  • 2018-1-4 14:39:55
10问答币
如题,低频磁芯用于高频时,会出现什么问题?磁芯饱和吗?
比如,我用普通的锰锌铁氧体,应用于200KHz以上。

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第一个问题严格来讲,应表述为:在磁芯适用条件下,加磁芯后电感感值增大!一般聊天讨论时就省略掉了条件的部份,直奔主题去了,除非是要写很专业的论文。怕瓦落地兄可测试下您手上的高导电感,会发现此现象。我现用12K高导为例,Freq.从1K-50K时,L值没什么变化,但50K以后变化就明显了,特别是100K之后,L值掉得很快了。这里没有叠加电流,只是观察Freq.对L值的影响。或者您也可随便查看一家磁芯厂商给您的产品目录对应的《磁导 ...
nc965
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版主
  • 2018-1-4 15:30:45
 
低频磁芯用于高频时主要是发热
但普通锰锌铁氧体,应用于200~300KHz没有问题
飞翔2004
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LV8
副总工程师
  • 2018-1-23 08:44:29
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低频变压器不能用于高频电路中,低频变压器只限定是在50HZ-60HZ的电路中工作,在高频电路中使用会使变压器发热甚至是烧毁。
hlmwf1314
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LV8
副总工程师
  • 2018-1-4 21:47:59
 
磁阻会变大,磁芯发热严重,频率高到一定程度呈现容性
怕瓦落地_li
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LV6
高级工程师
  • 2018-1-5 17:29:55
 
您的意思是不是说,这种条件下短时间也是可以正常工作的,只不过时间长了磁芯会发热厉害?
另外,这种条件下负载加大的话,会带不动载吗?
小小战
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LV1
本网技工
  • 2018-1-23 23:59:54
  • 倒数4
 
短时间就很热了,不用太长时间。
高导磁材的损耗很高,会严重影响你的效率。
一般情况下变压器都用功率磁材。不同频段下选取不同的磁材。极个别情况下会使用高导磁材。
GYF-David
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LV3
助理工程师
  • 2018-1-5 21:52:42
 
首先,不知道您讲的锰锌铁氧体是高导的还是功率型的。
好,我们一一来讨论。


高导锰锌铁氧体,一般初始磁导率5000以上;以下就是功率锰锌铁氧体。
磁性材料磁导率越高,原子内的电子(在这里用电磁学的电子学说来讨论)活性越强,越容易被励磁电流激活在原子内定向运动;好了,电荷的定向运动形成电流(初中物理),定向的电流便感应出磁场(电生磁,磁生电,电磁不分家),这就是为什么加磁芯后电感感值增大的原因。


涡流损耗
磁导率越高的材料,因电子活性越强,也就会在材料整体特性上表现为更易导电。同是颗粒磁粉加绝缘包覆的磁性材料,大家可以去测测镍锌材料(常用的磁导率在100-1000之间)的导电率在Mohm级以上,宏观表现为不导电;而功率锰锌材料导电率只在Kohm级, 如果是低电压,一般也视为不导电。导电率越高,频率越高,自然在磁体内的涡流损耗就越高了!


而且,磁导率越高的,居里温度越低!这是从宏观角度讨论。如果是接近特性材料微改良的不在此例。


磁滞损耗
磁滞损耗,你可以简单地理解为是一种惯性损耗。你频率越高,原子们需要不停地跟着你左右摇摆运动,这个过程中是不是需要对它做功?所以损耗也就越大喽!高频EMI应用中磁珠的滤波原理主要就是利用磁滞损来达到抑制高频的目的。不过EMI磁珠都是镍锌材料,而且适用于M级高频。就同一颗磁珠,如果你应用于低频,它就是呈现电感特性了。所以同一颗磁珠你即可当电感用,也可当EMI磁珠用,前提是低感值的(原理这里就不讨论了)。


以上两种损耗构成了磁性材料的铁损(功耗),最终以发热发烫的形式呈现出来。


所以,高导锰锌磁芯(如初始磁导率12000,通常说的12K材),适用频率100K以下;功率锰锌(如初始磁导率3300,通常说的PC95材),适用频率可达1M. 高导的,主要利用它的感值特性;低导的,主要利用它的耐偏置电流特性。这就要进一步谈到饱和特性了。


今天有点晚了,咱们后面再讨论。望谅!


待续......

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怕瓦落地_li
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LV6
高级工程师
  • 2018-1-6 15:35:43
 
感谢大师讲解这么详细的磁芯知识。我说的就是高导锰锌铁氧体。


加磁芯后电感感值增大”:是不是可以理解为,相同条件下高导磁芯比低导磁芯的感量要大?
进一步说,低频磁芯用于高频时,除了损耗增加,在别的方面上是不是没有影响了?假设我把散热做得足够好(纯粹理论上的假设),是不是只要感量控制在设计要求之内,高导磁芯和低导磁芯就可以通用了?

我之所以问这么多,是因为我在做一款Buck-boost同步整流、12V转12V/6A的DCDC产品时(工作频率200~300Khz),发现一个问题:采用低频磁芯电感来替代高频磁芯电感(感量相同)时,稍微加点载就无法工作了(0.2A),而且调整感量增大或减小也不行。但是只要换回高频磁芯的电感,工作就可以可了。
如果以上我的假设是对的,那么我就得可以换一种思路来分析我的电路是否有别的问题了。

GYF-David
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LV3
助理工程师
  • 2018-1-8 13:25:01
 
第一个问题严格来讲,应表述为:在磁芯适用条件下,加磁芯后电感感值增大!一般聊天讨论时就省略掉了条件的部份,直奔主题去了,除非是要写很专业的论文。怕瓦落地兄可测试下您手上的高导电感,会发现此现象。我现用12K高导为例,Freq.从1K-50K时,L值没什么变化,但50K以后变化就明显了,特别是100K之后,L值掉得很快了。这里没有叠加电流,只是观察Freq.对L值的影响。或者您也可随便查看一家磁芯厂商给您的产品目录对应的《磁导率-频率曲线图》。
高导材料在高频时(相对的),电子的运动的能量很大一部份被铁损消耗掉,所表现出来的对自身感应出的磁力线增加的贡献就越来越少了。
何为感值,这里不讨论复杂的物理定义,公式,况且还得配合很多图形及推理。我们可以简单地理解为它是衡量感应磁力线变化量的一个物理量。请注意,变化量哦!不是整体累积量!只有变化量才能起到储能、滤波的作用!
如果您用高导的磁芯作功率用,如应用在2-300K Freq., 您得先把初始感值增大近10倍,不过您得先预备好散热风扇,磁芯的能量大部份都已随风而去,HAHA!



每二个问题
加0.2A就无法正常工作!这个时候电感感值已经很低了,如果再加大电流,电感的作用就是一根铜线,小心烧板哦!
好,我们讨论下磁芯饱和的问题。
谈到饱和,就是感值很低了!通常以电感感值下降30%为警戒线。当然,您可根据电路需要来定义需要的范围。不同材料,down的速度不一样,要小心!
前面说了,感值,它就是指感应磁力线变化量的比值。当磁力线变化量变小时,就是感值变小了。自然储能滤波的作用就小了。
您可同步参考下初始磁导率3300(功率锰锌PC95材)、12000(高导锰锌12K材)的B-H曲线。
高导磁材,原子内的电子非常活跃(非常听话),当加比较低的励磁电流(励磁磁场H)时,绝大部份电子已被激活朝一个方向运动,也就是此时磁通量的变化是惊人的,所呈现出来的感值很高。当再逐步加大叠加电流时,即增大励磁磁场H时,这时已很少或无活跃电子可用,感应磁力线的变化就几乎为0了,所呈现出的感值也接近0.
相应地,功率锰锌材料磁导率较低,随着叠加电流(励磁磁场H)的加大,不活跃的电子在励磁磁场的作用下逐步被激活,在一定的电流范围内都能为我们贡献稳定的磁力线变化量,也就是感值在一定的H场范围内无变化。细水长流哈!


此案您应该是电感选材的问题。


单纯地观察以上两种材料的饱和磁通密度Bs值,功率锰锌PC95材-530mT, 高导锰锌12K材-380mT, 相差不大。这有点类同物质的密度,与你磁芯的形状,大小无关。
饱和磁通密度Bs,可以抽象地看成是穿过单位面积的磁力线的数量。
一方面,我们希望磁力线迅速增多(感值大),又要使磁力线的变化量在较大的H场范围内保持不变,而材料给我们的最大磁力线数量是有限的,这就出现了矛盾的地方。所以磁性材料的方向就是高磁导率,高饱和磁通密度Bs,而越是基础的东西(基础材料/物质)越难突破!
期待地球上还有更优异的磁性材料被发现或合成。而这种材料的密度一定是相当大的!
据说脉冲星的密度大到惊人,可取一小块研成粉尘状,掺一粒到我们磁芯中,好为我们地球人做贡献!HAHA!








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怕瓦落地_li
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LV6
高级工程师
  • 2018-1-18 17:36:34
 
如果您用高导的磁芯作功率用,如应用在2-300K Freq., 您得先把初始感值增大近10倍,不过您得先预备好散热风扇,磁芯的能量大部份都已随风而去

---大师您讲话非常风趣!哈哈。
---这一点我基本理解了:高导磁芯的感量会随着频率的加大而急剧下降,但低导磁芯不会降的那么快。对吧?
那还有个疑问:我们通常用电桥10KHz测出的值是“初始感量”吗?那这样说来,我们设计一款常用的反激变压器(假设AC220/100W,定频工作65KHz左右),若采用12K材,感量会随着电流增大急剧下降,跟我们设计之初的预期感量大相径庭,这样是不是就不满足要求了?难道反激变压器利用的是它的感值特性?或者说就不能采用高导磁芯?又或者是加大气隙就可以满足饱和特性要求了?
GYF-David
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LV3
助理工程师
  • 2018-1-20 14:12:16
 
1.  高导磁芯的感量会随着频率的加大而急剧下降,但低导磁芯不会降的那么快.
是的!
2.  我们通常用电桥10KHz测出的值是“初始感量”吗?
是的!
电桥一般自带能提供的电流范围:200uA-200mA, 电感测试时的电流一般只有几mA级。通常讲0A时测得的L值是指不加DC偏流的状态,而不是真正意义上的零安。试想,如没有电流如何励磁,如何能测到感值。这个励磁电流只需要在mA级或uA级时,磁性材料便可感应到,宏观上,即泛泛地讲,便得到了我们的初始感量或初始磁导率。
真正意义上的初始磁导率(初始感量),是指初始磁化曲线(磁芯材料完全退磁的理想条件下)在原点的斜率,它是在极弱的磁感应强度范围内测量的。它是B/H的极限值,在这里H值无限趋近零。
如果磁芯材料不是在完全退磁的理想条件下,不同材料,需要被励磁(电感被唤醒)的程度不一样。看下不同材料的B-H曲线便知。就是磁滞回线与H轴的交点值。H值主要指AN(安匝数)值,线圈圈数越多时,自然励磁电流就可以小些。一般最低感应电流其实都很小啦,小到我们在实用时感觉不到它的存在。
3.  反激变压器用磁性材料问题
变压器都是利用的电感原理。在一些台系厂电感被称为一个大类,而变压器只是一个分支。磁性材料原理,都一样一样的。
前面有提到12K高导材容易饱和的原理,如果不加气隙,耐电流只是在mA级,圈数(N)越多,耐电流(A)越小。
如将12K材用于变压器,那就是要做为储能用,就必须加气隙。加气隙的原理同电路中加限流电阻一样,加大磁阻,使磁通量不会随着电流的加大陡然增加,即不容易饱和。
  
ITEM
  
磁导率
Bs(mT)
居里温度
电阻率
损耗
发热
效率
气隙
成本
12K材
12000
380
110
0.15
PC95
3300
530
215
6.5
此案是选用高导材还是功率材,对比此表后应有答案了。

高导材通常应用为相对较低频EMI滤波电感,特别是共模电感应用时无特别饱和特性需求。
功率磁芯材料如应用到储能滤波时通常也需要磨气隙,但气隙过大总不是件好事。如应用到DC-DC电路,可采用气隙中垫加永磁片的方法可使Bs值成倍增      加,这样就可以在不增加产品体积的情况下成倍增加电感的耐饱和电流。
如需要,欢迎进一步交流!

GYF-David
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LV3
助理工程师
  • 2018-1-22 17:34:01
  • 倒数10
 
怕瓦落地兄大气!谢谢打赏!祝2018好运挡不住!
怕瓦落地_li
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LV6
高级工程师
  • 2018-1-23 14:48:43
  • 倒数7
 
您太客气了,以后有问题还得需要向大师请教!
飞翔2004
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LV8
副总工程师
  • 2018-1-23 08:46:31
  • 倒数8
 
高频和低频的频率不同.变压器所用的铁芯不同.低频变压器一般用高导磁率的硅钢片.高频变压器则用高频铁氧体磁芯。
怕瓦落地_li
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LV6
高级工程师
  • 2018-1-23 15:07:48
  • 倒数6
 
百度了一下,硅钢片的磁导率好像是7000~10000。这种主要是什么通途的变压器?频率范围是多少?我接触过的一般都是铁氧体,用于小功率单端反激以及DCDC的。
nc965
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积分:71482
版主
  • 2018-1-23 15:20:54
  • 倒数5
 
硅钢片主要用于电机和配电变压器,工频的。也可用于音频。
小小战
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LV1
本网技工
  • 2018-1-24 00:10:15
  • 倒数3
 
对于普通MnZn铁氧体来说(排出六角及薄膜铁氧体),磁导率和截至频率是成反比关系的。具体公式可以看书。
简单来说就是高导磁材,其磁导率衰减比较早。
一般初始感量测试在10kHz,只是一般提供的数据。如果你的材料应用在高频,那么你就要看高频下感量数据。
san3san
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LV3
助理工程师
  • 2018-1-24 09:56:24
  • 倒数2
 
估计会发热烧坏,功率大的磁芯能烧红了
小小战
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LV1
本网技工
最新回复
  • 2018-2-3 23:02:13
  • 倒数1
 
那么高的温度,线圈就着了。
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