超微晶合金在全波形高壓隔離脈沖變壓器中的應(yīng)

超微晶合金在全波形高壓隔離脈沖變壓器中的應(yīng)用

超微晶合金是八十年代末期開發(fā)出的一種新型軟磁材料，它具有高的磁通密度，低的高頻損耗和高的磁導(dǎo)率，是目前公認(rèn)的綜合性能最好的軟磁材料，已在開關(guān)電源變壓器、高靈敏度電流互感器、高頻扼流圈和脈沖變壓器等器件中得到應(yīng)用。

　　全波形高壓隔離脈沖變壓器是浮動板調(diào)制器中的重要器件，要求變換的脈沖寬度從上百毫安微秒到上百微秒，脈沖重復(fù)頻率從幾百周到上千周，隔離直流高壓在幾千伏到幾十千伏，并要求輸出脈沖波問 超微晶鐵芯，已在幾個產(chǎn)品中應(yīng)用，均取得了十分滿意的結(jié)果，

　　二、變壓器對鐵芯材料的要求

　　從脈沖變壓器的理論分析和實(shí)踐證明，鐵芯是脈沖變壓器的核心，其磁性能指標(biāo)直接影響著脈沖變壓器的性能，全波形高壓隔離脈沖變壓器要求變換的脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率的范圍很寬，即要適應(yīng)窄脈沖、高脈沖重復(fù)頻率的工作狀態(tài)，又要適應(yīng)寬脈沖的工作,并且要求輸出脈沖波形的前沿和頂部失真小。因此，這種脈沖變壓器要求鐵芯具有二高一低的磁特性，即磁通密度增量△B值高，脈沖磁導(dǎo)率高及脈沖損耗低。

　　理論和實(shí)踐表明，要設(shè)計出脈沖前沿和頂降小的脈沖變壓器，磁通密度增量DB值與它對應(yīng)的脈沖磁導(dǎo)率值是十分重要的參量，是設(shè)計全波形高壓隔離脈沖變壓器的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。要減小輸出脈沖波形的前沿失真，必須要使漏感和分布電容的乘積減小，減小漏感和分布電容的方法除改變繞組型式外，最有效最簡單的方法是提高△B值，以減少繞組匝數(shù)，使脈沖前沿失真減小，從脈沖前沿與△B值的關(guān)系式可以十分清楚地說明這一點(diǎn)。
(1)

　　式中：K——為與脈沖變壓器結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)

　　 ——為初級脈沖電壓

　　 ——為脈沖寬度

　　從(1)式可以清楚的看出， 和 是給定的指標(biāo)要求，當(dāng)鐵芯截面積和系數(shù)K一定時，磁通密度增量△B值越高，則脈沖前沿越小，當(dāng)脈沖前沿保持基本不變時，△B越高，則鐵芯截面積可以得到減小，從而減小了脈沖變壓器的體積。

　　在脈沖頂部，對脈沖平頂發(fā)生作用的參數(shù)只有勵磁電感，負(fù)載阻抗和脈沖源內(nèi)阻，從脈沖頂部瞬態(tài)特性推倒出的頂部降落計算公式為：

　　 (2)
　　式中：
——為勵磁電感
——為脈沖源內(nèi)阻
——折合到初級的負(fù)載阻抗

　　從(2)式表明，脈沖頂部降落與勵磁電感成反比。而勵磁電感與脈沖磁導(dǎo)率成正比，在其他條件相同的情況下，當(dāng)脈沖磁導(dǎo)率越高，則頂降 越小，反沖也越小。

　　溫升是一個很重要的考核指標(biāo)。是設(shè)計脈沖變壓器的成敗關(guān)鍵，只要溫升超過允許值，設(shè)計即告失敗。由于全波形高壓隔離脈沖變壓器要工作在窄脈沖、高脈沖重復(fù)頻率的狀態(tài)，鐵損是產(chǎn)生溫升的主要因素，所以要求鐵芯具有低的高頻損耗。

　　三、 低 超微晶合金的磁性能低超微晶合金具有優(yōu)異的直流磁性能，低的高頻損耗和很好的脈沖磁性能，并且，磁穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性均較好，因此，引起了冶金部門和工程應(yīng)用部門的極大關(guān)注。應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。

　　3.1直流磁性能

　　1、飽和磁通密度 =12000~13000GS

　　2、時磁通密度 =11000~11800GS

　　3、剩余磁通密度=500~1500GS

　　4、矯頑力=6~15moe

　　5、初始磁導(dǎo)率 =(6~14)× GS/oe

　　3.2高頻損耗低超微晶合金的高頻損耗小，與低鈷基非晶相當(dāng)，但比低鐵基非晶合金和1J792小得多，表1為這幾種合金材料的高頻損耗數(shù)值。

　　3.3脈沖磁性能低微晶合金的脈沖磁性能特別優(yōu)異，其磁通密度增量△B值和對應(yīng)的脈沖磁導(dǎo)率極高，優(yōu)于其他軟磁合金，表2和表3分別給出了1 和40 兩種脈沖寬度下的脈沖磁性能。

　　四、應(yīng)用實(shí)例
4.1比較試驗(yàn)為了驗(yàn)證低超微晶合金在中小功率脈沖變壓器中應(yīng)用的優(yōu)越性，在自搭的脈沖電路中對低超微晶鐵芯，低鈷基非晶鐵芯和1J792鐵芯進(jìn)行了脈沖性能試驗(yàn)，證明低超微晶合金具有明顯的優(yōu)勢，具體測試數(shù)據(jù)列于表4。

　　4.2應(yīng)用實(shí)例

　　例如，某全波形高壓隔離脈沖變壓器要求同時變換開啟和截尾脈沖，開啟主脈沖從0.2 —40 ，截尾脈沖1，脈沖重復(fù)頻率從400Hz—200KHz ，次級輸出為二組脈沖，輸出脈沖幅度為6.2V，隔離直流高壓25KV，要求輸出脈沖在1KΩ負(fù)載下，前沿小于20ns，后沿小于60ns。40 脈沖時頂降小于3%，設(shè)計采用了 Φ20×32×10 的低 超微晶鐵芯，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了電路的要求，工作穩(wěn)定可靠，突破了一般常規(guī)脈沖變壓器的范疇，實(shí)現(xiàn)了全波形、高脈沖重復(fù)頻率的要求，并具有體積小，重量輕、波形失真小和隔離電壓高等特點(diǎn)。

　　五、結(jié)束語

　　低超微晶在脈沖并要求中的應(yīng)用，主要是和1J512、1J6721、鈷基非晶合金及鐵氧體競爭，由于低 超微晶合金的脈沖磁性能最好，是做全波形高壓隔離脈沖變壓器最好的鐵芯材料。實(shí)踐證明，應(yīng)用其他低軟磁合金鐵芯，均達(dá)不到電路的高指標(biāo)要求。