新型磁性材料在开关电路中的应用研究

新型磁性材料在开关电路中的应用研究

摘要：本文主要通过分析典型的半桥式逆变电路故障，发现了脉冲变压器磁路材料对产品质量的影响，选择新型的超微晶合金软磁材料替代铁氧体材料，取得了良好效果。

关键词：典型的半桥式逆变电路脉冲变压器锰锌铁氧体软磁材铁基超微晶合金软磁材

超微晶合金软磁材料是一种新型磁性材料，用其制作的磁芯具有饱和磁感强度高、磁导率高、高矩形比、低矫顽力、磁芯高频铁损低、高温稳定性好等优点，广泛应用于取代坡莫合金及铁氧体，作为各种形式的高频(20～100kHz)开关电源中的磁芯。

荧光灯使用的电子镇流器普遍采用的是半桥式逆变电路，见图。其工作原理是，当电路加上整流出的直流电压后，R1、C2充电电路充电，B点电位升高到双向触发二极管的转折电压时，触发二极管导通，输出齿锯波脉冲电压。振荡管VT2基极加上这一齿锯波脉冲电压后，饱和导通。此时直流电源VCC、隔直电容C5、右端灯丝、谐振电容C4、左端灯丝、镇流电感线圈L1、脉冲变压器原线圈T1a、振荡管VT2的集电极至发射极、发射极电阻R5、地之间构成充电回路，C4、C5处于充电状态。脉冲变压器副线圈T1b、T1c的极性相反，由于互感作用，振荡管VT1的基极加上一个反向电压而截止。当C4、C5充电电流逐渐减小至零时，由于互感作用，振荡管VT2基极获反向电压而截止。隔直电容C5、右端灯丝、谐振电容C4、左端灯丝、镇流电感线圈L1、脉冲变压器原线圈T1a、发射极电阻R3、振荡管VT1的发射极至集电极之间构成放电回路，振荡管VT1的基极获得正向电压而饱和导通。至此完成一个振荡周期。此后，电路重复前面的过程形成自激振荡，其振荡频率为40kHz左右。

这个电路从其工作原理可见，显然为典型的开关电路。其中电感器L1和脉冲变压器T1的磁路材料为锰锌铁氧体软磁材。铁氧体的低磁感、温度稳定性差、产品质量的分散性等原因，迫切需要一种新型的磁性材料取代它。

在对某电子镇流器生产厂一批返修产品的故障进行分析时，统计出有近三分之一的故障是振荡管被击穿。进一步分析发现，振荡管被击穿不仅与振荡管的质量、双向触发二极管的转折电压和电源电压的波动等因素有关，而且与脉冲变压器的磁路材料有密切关系。在测量中发现，有些脉冲变压器原线圈的电压增大到一定值后副线圈的电压值出现非线性的迅速增大，还有部分脉冲变压器温度过高。更换多个品牌的铁氧体材料均存在这些现象。显然，这些现象与铁氧体材料磁导率的大小不均匀有关。铁氧体材料在制作过程中由于粉料混合不均匀、结块和颗粒均匀性差都将影响到材料的磁导率。磁导率过大的，当电网电压波动时，脉冲变压器副线圈的电压将过高，使得振荡管基极回路反复出现过高的输入电压，致使基极电流过大，集电极电流超过极限值，导致振荡管击穿；磁导率过小，工作时磁路极易饱和发烫而失磁，甚至会烧毁电路。

为提高产品质量，降低返修率，尝试选用江西大有科技有限公司的DY1210型铁基超微晶合金磁环代替锰锌铁氧体磁环。由下表可见，铁基超微晶合金磁环的性能优于锰锌铁氧体磁环。磁导率高可以有足够大的驱动信号使振荡管迅速饱和；另一方面，可以减少线圈匝数、降低漏感和分布电容，有利于改善驱动信号的波形。饱和磁感强度高能保证脉冲变压器有足够的驱动功率，防止脉冲变压器易进入磁饱和状态而加剧温升。居里温度高，且远高于工作环境温度有利于减少磁导率、饱和磁感应强度受温度的影响。脉冲变压器按铁基超微晶材料的参数进行重新计算，原线圈选三匝，两个副线圈分别选两匝，基极回路稍作调整后，电路即正常工作。经测量，电源电压波动时，基极回路没有出现异常增大的现象，额定工作时磁路的温度明显降低。此外，谐波成分有所降低，电磁波干扰减少。

改进后的电子镇流器正常运行一段时间后，接着小批量生产，投放到相对集中的使用场所。经过三个月的跟踪观察，没有发现损坏振荡管的现象，效果良好。当然，一种新型材料要取代老的材料还要经过长时间的实际使用，从技术和经济方面进行对比。

参考文献：

江西大有科技有