直流电抗器与电抗器磁芯的组合应用

      摘 要 本文介绍一种开关电源滤波的直流电抗器及电抗器磁芯的组合应用。电抗器中采用铁氧体和铁硅铝合金二种不同类型的组合磁芯的新颖独特设计，并讲述了此种直流电抗器的设计方法和计算以及这样设计的优点和应用范围。

      关键词：直流电抗器；电抗器磁芯；滤波；磁导率；电感量；组合磁芯
　　
　　一、引言
　　电感器是一种在弱电技术常用的电器元件，电抗器的设计原理主要依据电磁基本理论，设计过程涉及到材料磁特性、磁导率、磁性材料的加工方法、电抗器的结构、磁路的长度、电抗器的工作频率、电流、波形特点、是否含有交流分量、这些都直接影响到电抗器的设计性能。
　　
      二、直流电抗器的含义与作用
　　直流电抗器是开关电源的主要元件之一，它与滤波电容一起组成对整流后的脉冲方波进行平滑滤波，使其成为纹波很小的直流电压。理想的滤波电感应在不同的直流磁化电流通过时，具有一个固定不变的电感值。
　　
　　直流电抗器所选用的电抗器磁芯材料一般只允许在一定磁场强度下工作，超过该值，则会因电抗器磁芯进入饱和而使其电感量明显下降。为了防止电抗器磁芯的饱和，我们将要对电抗器的磁心进行重新设计。
　　
　　目前，在国内的输出滤波电感设计中，设计师们无不例外都根据滤波电感功率的大小选择铁氧体、MPP磁芯、或者ED、CD型磁芯等单一的铁芯。在这里，将介绍一种组合磁芯电抗器对开关电源滤波的应用，所采用的电抗器磁芯为块状的铁氧体和铁硅铝合金磁芯，二种不同类型磁芯组合在一起的独特设计，以实现在不切割磁芯，当通过一定的直流磁化电流时，来达到滤波的效果。
　　
　　三、直流电抗器磁芯的种类
　　铁氧体磁芯具有起始磁导率高和矫顽力低，即容易磁化也极易退磁的特点，在高频使用情况下损耗将比铁粉芯大为改善，并且噪音也会大有改善。铁硅铝合金磁芯初始磁导率低，用它做磁芯柱电抗器将不容易饱和，且线圈所用的匝数较少。综合以上二种磁芯材料的特点，这样，将大大地缩小了直流电抗器的体积，降低了电抗器的噪音，且极大程度的节约了生产成本，
　　
　　铁硅铝合金磁芯具有低损耗、高直流偏磁场下的磁导率不变的宽恒导特性。但由于其磁导率较低，对要求电感量较大的滤波电抗器来说，如果只选用它做磁芯的话，则要求其尺寸较大，而且线圈所需的匝数也很多，造成直流压降也较大。但是Mn-Zn铁氧体的磁导率可达到K数量级，但在无间隙的情况下，通过直流磁化电流时，铁氧体容易进入饱和状态，使磁导率下降，其电感量随着直流磁化电流的增加而迅速下降。对比以上软磁材料的特性，我们选方形铁氧体磁芯做电抗器的轭铁，圆柱形铁硅铝合金做磁芯柱，使磁芯的特性互补。既保证了滤波电抗器在小的直流磁化电流时，有较大的电感量，同事也确保了在人大的直流磁化电流通过时仍然具有足够的电感量，从而有效地起到平滑滤波的作用，满足其滤波的要求。

      四、结 论
　　本新型设计提供了一种造价低、性能好、应用方便灵活的组合磁芯式大功率高频电抗器，从而促进电子电力设备的普及应用。如果采用单一铁芯设计，我们常用的都是采用单一铁芯，如：CD型硅钢片铁芯。这样线圈绕制匝数都要绕120匝，为了防止饱和，必须在磁芯二端加3mm厚的气隙，增加线圈匝数的同时需要将磁芯体积加大，并且安装时需将铁芯打包，并配有安装底板。由此可见，对于这种类型的滤波电抗器中，采用组合铁芯相比于单一铁心做滤波电抗器，不仅可以降低材料成本，而且体积也将缩小，损耗和直流电阻都会减小，以及减小漏磁场对开关电源的影响等优点。