关于绕带磁芯

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什么是绕带磁芯?

绕带磁芯(Tape Wound Core)是由高磁导率镍铁合金的细带缠绕制成,可用的合金包括Orthonol®、Square Permalloy 80、Supermalloy和Alloy 48,或晶粒取向硅铁Magnesil®。各种材料的生产厚度介于0.0005” 和0.004” 之间(以满足广泛的频率应用),缠绕成的环形磁芯重量从不足一克到几百千克不等。所有材料均带有酚醛树脂或塑料、铝或绝缘涂层铝的保护罩。马格尼西合金材料还可以不装箱或者采取环氧封装。绕带磁芯专门用于磁性放大器、变换式和逆变式变压器、电流互感器和静态磁性设备。 卷轴磁芯(Bobbin Core)是由超细镍铁丝缠绕在不锈钢卷轴上制成的微型绕带磁芯。变压器卷轴磁芯的制造材料是Permalloy 80和Orthonol 的超薄带(厚度为0.000125" 到0.001"),制造宽度为0.031" 到0.250"。磁芯直径最小尺寸为0.050",有特殊要求时可再缩小。卷轴磁芯可以在几微妙甚至更短的时间内从正饱和电压切换为负饱和电压,因此它们非常适于逻辑元件、串行/并行数据转换以及生成脉冲图形。由于其温度稳定、矫顽力值低以及饱和密度高,此种磁芯在计算机、高频放大器、谐波放大器、谐波发生器、脉冲变压器、计数器和计时器中的应用远高于其他类型的磁芯。 

哪些外壳和涂层可用于绕带磁芯?

非金属外壳(外壳/涂层代码“50”) 

非金属外壳被广泛地用作保护和对抗卷绕应力和压力的磁芯有几项原因:使电气性能更优良,提高质量,以及增加强度。无论酚醛和尼龙材质都可满足最低2000伏击穿要求。玻璃填充尼龙材质可以承受温度至200ºC而不会软化,而酚类材料承受的温度也高达125ºC。 

铝制外壳(外壳/涂层代码“51”) 

铝制磁芯外壳提供很好的结构性强度。玻璃的环氧树脂片与铝制外壳接合,形成了非常紧密的密封。这些磁芯外壳可承受温度至200ºC,特别设计用于极端环境条件下。另外,这种高强度的铝结构可防止磁芯外壳的变形,从而保持内部磁芯的磁特性。 

铝合金外壳与GVB环氧漆(外壳/涂层代码“52”) 

和上述铝制外壳基本结构是相同的,除了它沿著外壳具有一层薄薄的环氧涂层。这种涂层在外径上只增加了不到0.0015英寸,内径只减少小于0.015英寸,高度的增加也不到0.020英寸。GVB环氧面漆提供了1000伏的最低保证击穿电压 (穿从导线到壳体) 。这种涂层在20,000小时的工作寿命下可承受的温度高达200ºC以及低于-65ºC。 

无外壳/裸芯(外壳/涂层代码“53”) 

由于镍铁磁芯对于绕线应力和压力极端敏感,所以不提供不含外壳的磁芯。 Magnesil磁芯对绕线压力比较不敏感所以可提供无壳的。不加外壳的磁芯可提供更大的窗口面积。只要可以容忍绕线和封装后磁特性会稍微下降,其包装尺寸会比较小且成本也较低。 

红色环氧树脂封装磁芯(外壳/涂层代码“54”) 

Magnesil磁芯是封装起来的。这种坚固硬质的环氧树脂紧密的附著在磁芯里,绕线可以直接绕在磁芯上。光滑的表面可防止线圈绝缘层被刮掉。封装磁芯的保证最低电压击穿绕组是1000伏。额定温度在自由空气下为125°C。 

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哪些是常见绕带磁芯测试上的误解?

在测试方形环路绕带磁芯时,常见错误之一是测量电感或者AL值。这其实是针对铁氧体和粉末磁芯材料(圆形环路材料)的常规测量,对于方形环路材料而言(如Permalloy、Orthonol、Magnesil等),则为无效测量。方形环路材料可以进行电感测量,但是测量结果不具有任何磁性功能的代表性。

此外,方形环路材料的电感测量结果也不具有重复性。原因来自于磁芯的剩磁(Br)。每次测量都会给磁芯留下某些剩磁,不再是初始磁芯,如下图。当对磁芯进行应用、消除直流偏磁置、接近永久磁铁、局部退磁以及其他等,都会导致电感测量的不可靠性和不可重复性。此外,方形环路材料经过加工后,可控制饱和磁通量(Bm)、矫顽力(Hc) 和剩磁(Br),但是无法用来控制电感的初始磁化曲线。见下图。

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对于包括磁性放大器 磁芯在内的方形环路材料,测试磁芯的饱和磁通量较为有用。如下所示的测试设置通常用于测量磁芯饱和磁通量。一般情况下,磁芯的匝数为10,并以下列方法进行测试:

驱动磁芯,直至磁通量达到其饱和磁通量(B1) 的一半。Permalloy的饱和磁通量是3700 高斯,Orthonol 的值是7500 高斯,E形材料的值是2500高斯。相应的测量电压(V1),计算方法如下:

Vrms = 4.44 * Bpk * Ae * N * f * 10-8

B 的单位是高斯 

Ae 是磁芯的有效面积,单位为cm2 

N 是匝数 

f 是频率,单位为赫兹

当达到一半的饱和磁通量且电压稳定时,可在示波器上观测峰值电流或I1。 
当示波器上显示的电流波形拉长到I2 时,电压也随之增加。当I2 = 3 * I1 时,磁芯应当进入饱和状态,此时记录下 V2。可随后重新排列上述公式,求出磁芯的饱和磁通量B2

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