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高頻大電流電感器的制作和性能測試

發(fā)布時(shí)間:2011-11-30

中心議題:

解決方案:

  • 磁化曲線
  • 直流偏置測試
  • 溫度試驗(yàn)及機(jī)械碰撞振動(dòng)試驗(yàn)


1引言

電感作為儲(chǔ)能和濾波元件,在電子設(shè)備中被廣泛使用,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電感器越來越趨于小型化,體積重量要求越來越嚴(yán)格,尤其在航空航天電子設(shè)備中大量高頻大電流濾波電感,由于其電流大,安匝數(shù)高,且要求小體積,采用傳統(tǒng)的開氣隙方法,無法滿足設(shè)計(jì)要求。本文將介紹一種新型的高頻大電流小體積電感。

2電感器的制作

一般電感都是采用開氣隙方法提高恒磁范圍,恒磁范圍越大,其氣隙也越長,相應(yīng)的導(dǎo)磁率也越低,要達(dá)到一定的電感量,必須增大鐵心的截面積和體積,下面是一個(gè)開氣隙電感的直流特性試驗(yàn),鐵心為非晶態(tài),尺寸為25/45×20,氣隙為2mm,線圈34匝,測試數(shù)據(jù)如下:


表1開氣隙電感的直流特性

在30A時(shí)其電感量僅為0A時(shí)的25.3%,為了提高電感的抗飽和性能,我們在電感鐵心氣隙中加入一種恒磁材料,恒磁片的面積正好等于電感鐵心的截面積,厚度為2mm,然后將鐵心整體封裝,再在外面繞上線圈,做成電感。本研究所制作的電感均為25/45×20,氣隙為2mm,插入上述恒磁片,繞34匝線圈。恒磁材料的矯頑力(Hcb)高達(dá)8500Oe,最大磁能積為191kJ/m3,工作溫度為250℃。

3電感性能測試

3.1磁化曲線
通常電感的磁化曲線是對稱的,正負(fù)磁能積相等,而加入恒磁材料后,其正負(fù)磁能積就不相等了,如圖1所示:

從圖中我們可以看出,由于恒磁片的作用,使得磁滯回線發(fā)生偏移,當(dāng)所加直流磁場與恒磁磁場方向一致時(shí),此時(shí),H凈磁場=H直流+H恒磁,所以,磁心很快進(jìn)入飽和,導(dǎo)磁率下降,電感量降低;當(dāng)所加直流磁場與恒磁磁場相反時(shí),H凈磁場=H直流-H恒磁,磁心不容易飽和,導(dǎo)磁率呈線性增長,電感量基本不變。這樣,就使得電感作為直流濾波元件使用時(shí),只要使得電感的直流磁場與恒磁場相反,便可大大提高電感器的使用安匝數(shù),提高抗飽和能力,使電感器得以小型化。
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3.2直流偏置測試
將表1所測試的電感插入恒磁片后,再加工成成品電感,取三個(gè)成品作測試樣品,測試其直流特性如表2所示(測試儀表為HP4284A,測試頻率為1kHz):


表2恒磁電感的直流特性

由上表可以看出電感器在10安培以后,其電感量極其恒定,至多只跌落4%,與不加恒磁片相比,抗飽和性能明顯改善。(由于設(shè)備原因,只測試到35A,1190AT,此時(shí)其磁場強(qiáng)度為142Oe)。

3.3溫度試驗(yàn)及機(jī)械碰撞振動(dòng)試驗(yàn)
將上述電感經(jīng)過-55℃、2h130℃、2hrs循環(huán)3次,然后測試直流偏置下其電感量變化情況,如表3所示。


表3冷熱沖擊后恒磁電感的直流特性

對照表2表3中數(shù)據(jù),我們可以看出,經(jīng)過冷熱循環(huán)試驗(yàn)后,電感器的電感量及抗飽和能力都沒有改變。
再將上述試驗(yàn)樣品按軍用電子產(chǎn)品例行試驗(yàn)要求進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)條件如下:

(1)隨機(jī)振動(dòng)
15~250Hz0.04g2/Hz(g2/Hz:功率譜密度)
250~300Hz-4dB/oct(oct:倍頻程)
300~1000Hz0.025g2/Hz
1000~2000Hz-6dB/oct
正向1h

(2)碰撞試驗(yàn)(GB/T15290—94)
50m/s2、11ms、正向1000次
經(jīng)過隨機(jī)振動(dòng)和碰撞試驗(yàn)后,再測試電感器在直流偏置下的電感量變化情況,測試結(jié)果表明,電感器經(jīng)過例行試驗(yàn),滿足軍用電子產(chǎn)品要求。

4結(jié)論

作為直流濾波使用的電感器,在磁心中插入恒磁材料可以極大地改善其性能,提高工作磁場強(qiáng)度,通過高低溫循環(huán)試驗(yàn)和沖擊振動(dòng)試驗(yàn),證明應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)制作的電感鐵心滿足在航空航天設(shè)備中的使用要求,目前已經(jīng)小批量給上海某單位提供產(chǎn)品,并成功地應(yīng)用在航天設(shè)備中。

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