一種新型高頻大電流電感器的研究

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(lái)越趨于小型化，體積重量要求越來(lái)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(kāi)氣隙方法，無(wú)法滿(mǎn)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(kāi)氣隙方法提高恒磁范圍，恒磁范圍越大，其氣隙也越長(zhǎng)，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(kāi)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(cè)試數(shù)據(jù)如下：

表1開(kāi)氣隙電感的直流特性

在30A時(shí)其電感量?jī)H為0A時(shí)的25.3％，為了提高電感的抗飽和性能，我們?cè)陔姼需F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(cè)試

3.1磁化曲線

　　通常電感的磁化曲線是對(duì)稱(chēng)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(chǎng)與恒磁磁場(chǎng)方向一致時(shí)，此時(shí)，H凈磁場(chǎng)=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(chǎng)與恒磁磁場(chǎng)相反時(shí)，H凈磁場(chǎng)=H直流－H恒磁，磁心不容易飽和，導(dǎo)磁率呈線性增長(zhǎng)，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(chǎng)與恒磁場(chǎng)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(cè)試

　　將表1所測(cè)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(cè)試樣品，測(cè)試其直流特性如表2所示（測(cè)試儀表為HP4284A，測(cè)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(cè)試到35A，1190AT，此時(shí)其磁場(chǎng)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(guò)－55℃、2h130℃、2hrs循環(huán)3次，然后測(cè)試直流偏置下其電感量變化情況，如表3所示。

對(duì)照表2表3中數(shù)據(jù)，我們可以看出，經(jīng)過(guò)冷熱循環(huán)試驗(yàn)后，電感器的電感量及抗飽和能力都沒(méi)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(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(guò)隨機(jī)振動(dòng)和碰撞試驗(yàn)后，再測(cè)試電感器在直流偏置下的電感量變化情況，測(cè)試結(jié)果表明，電感器經(jīng)過(guò)例行試驗(yàn)，滿(mǎn)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(chǎng)強(qiáng)度，通過(guò)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(mǎn)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。