一種新型高頻大電流電感器的研究

1引言

　　電感作為儲能和濾波元件，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時其電感量僅為0A時的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，此時，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，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，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。

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，此時其磁場強(qiáng)度為142Oe）。

3.3溫度試驗(yàn)及機(jī)械碰撞振動試驗(yàn)

　　將上述電感經(jīng)過－55℃、2h130℃、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。

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：表3冷熱沖擊后恒磁電感的直流特性

（1）隨機(jī)振動

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。