飽和電感及其在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用
飽和電感是一種磁滯回線(xiàn)矩形比高,起始磁導(dǎo)率高,,矯頑力小,,具有明顯磁飽和點(diǎn)的電感,在電子電路中常被當(dāng)作可控延時(shí)開(kāi)關(guān)元件來(lái)使用,。由于其*的物理特性,,使之在高頻開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)噪聲抑制,大電流輸出輔路穩(wěn)壓,,移相全橋變換器,,諧振變換器及逆變電源等方面得到了日益廣泛的應(yīng)用。
1 飽和電感的分類(lèi)及其物理特性
1.1飽和電感的分類(lèi)
飽和電感可分為自飽和和可控飽和二類(lèi),。
1.1.1 自飽和電感(Saturable inductor)
其電感量隨通過(guò)的電流大小可變,。若鐵心磁特性是理想的(例如呈矩形),如圖1(a)所示,,則飽和電感工作時(shí),,類(lèi)似于一個(gè)“開(kāi)關(guān)”,,即繞組中的電流小時(shí),鐵心不飽和,,繞組電感很大,,相當(dāng)于“開(kāi)路”;繞組中電流大時(shí),,鐵心飽和,,繞組電感小,相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“短路”,。
1.1.2 可控飽和電感(controlled saturable inductor)
又稱(chēng)可控飽和電抗器(controlled saturable reactor),,其基本原理是,帶鐵心的交流線(xiàn)圈在直流激磁作用下,,由于交直流同時(shí)激磁,,使鐵心狀態(tài)一周期內(nèi)按局部磁回線(xiàn)變化,因此,,改變了鐵心等效磁導(dǎo)率和線(xiàn)圈電感,。若鐵心磁特性是理想的(B-H特性呈矩形),則可控飽和電感類(lèi)似于一個(gè)“可控開(kāi)關(guān)”,。在開(kāi)關(guān)電源中,,應(yīng)用可控飽和電感可以吸收浪涌,抑制尖峰,,消除振蕩,,與快速恢復(fù)整流管串聯(lián)時(shí)可使整流管損耗減小。如圖1(b)所示,,可控飽和電感具有高磁滯回線(xiàn)矩形比(Br/Bs),,高起始磁導(dǎo)率μi,低矯頑力Hc,,明顯的磁飽和點(diǎn)(A,,B)及由于其磁滯回線(xiàn)所包圍的面積狹小而使其高頻磁滯損耗較小等特征。為此,,可控飽和電感在應(yīng)用方面的兩個(gè)顯著特點(diǎn)為
1)由于飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度很小,,所以,可飽和電感的儲(chǔ)能能力很弱,,不能被當(dāng)作儲(chǔ)能電感使用,。可飽和電感的zui大儲(chǔ)能Em的理論值可用式(1)表示,。
Em=μVH2/2(1)
式中:μ為臨界飽和點(diǎn)磁導(dǎo)率,;
H為臨界飽和點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度;
V為磁性材料的有效體積,。
2)由于可飽和電感的起始磁導(dǎo)率高,,磁阻小,,電感系數(shù)和電感量都很大,在施加外部電壓時(shí),,電感內(nèi)部起始電流增長(zhǎng)緩慢,,只有經(jīng)過(guò)Δt的延時(shí)后,當(dāng)電感線(xiàn)圈中的電流達(dá)到一定數(shù)值時(shí),,可飽和電感才會(huì)立即飽和,,因而在電路中常被當(dāng)作可控延時(shí)開(kāi)關(guān)元件使用。
(a)理想磁特性B=f(H) (b)可飽和電感的B=f(H)
圖1 飽和電感的B-H特性
1.2 可飽和電感隨電流變化的關(guān)系
因?yàn)?,有氣隙和無(wú)氣隙的dB/di磁路的計(jì)算方法不同,,所以,分別對(duì)兩種情況進(jìn)行討論,。
1.2.1 無(wú)氣隙可飽和電感與電流的關(guān)系