使用由非晶金属合金制成的小型降噪磁路。方案、说明

采用非晶态金属合金制成的小型抑制噪声磁路。无线电电子电气工程百科全书

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三分之一个世纪前，为了获得金属的亚显微结构而进行的金属熔体快速冷却实验表明，在某些情况下，金属中根本没有晶格，并且原子排列是无结构、无定形物体的特征。事实证明，非晶态金属具有完全不同的性质，与晶态金属并不相似。它的强度增加了数倍，耐腐蚀性增强，电磁特性发生变化，甚至最稳定的常数之一——弹性模量——也发生了变化。非晶态合金被称为金属玻璃。人们对它们的兴趣正在迅速增长。首先，研究人员对以铁、镍和钴为基础的合金的铁磁性能很感兴趣，结果发现这些合金比坡莫合金的铁磁性能更高，而且这些性能也更稳定。今天我们就来谈谈非晶金属合金磁芯的一些应用领域。

由非晶态金属合金制成的磁芯由薄带（平均 25 µm）缠绕而成（图 1）。通过选择材料和热处理模式，您可以获得最适合产品特定应用的独特性能。

使用由非晶合金制成的小型降噪磁路

上面的转换器功能图片段显示了四种类型的磁芯（参见第 33 页的 Mstator 广告）：

1 - 用于功率因数校正器。由于饱和磁感应强度高（1,45 T）、损耗低且能够在高温下工作，使用这种磁路可以减小设备的尺寸和重量；

2 - 用于磁性放大器（磁性开关）的饱和模式环形线圈。这些磁路具有独特的特性：高磁滞回线矩形度 (0,96...0,98)、低损耗和高频下低矫顽力。磁性开关的典型应用是多通道电源，其中对 PWM 控制器的反馈来自其中一个输出，并且通过使用磁性开关来确保其余通道的电压稳定。这样的电源设计，消除了其中一个通道的电压对其他通道负载程度的依赖，提高了稳定性，降低了输出电压纹波，便于实现单独的外部控制、通道的单独保护。具有不同阈值的电流。类似的磁路也用于稳定输出电流，例如在充电器中。此外，这些产品还可以提高设备的效率和可靠性；

3 - 噪声抑制。它们通常与单匝绕组一起使用：它们只是放置在一个元件的输出上 - 二极管、晶体管。这种磁路可以有效抑制无线电干扰并减少高频输出电压纹波；

4 - 用于功率扼流圈（电感器）的小型环形线圈。这些磁路的特点是高水平的直流偏置，同时保持高磁导率。它们具有高饱和磁感应强度 (1,45 T) 和低损耗，可以减小设备尺寸，并且与使用传统材料制成的磁芯相比，可以在更高水平的直流偏置下运行。

此外，由非晶金属合金制成的磁路还用于开关电源的共模滤波器。它采用磁滞回线窄、初始磁导率高（高达150000）、高频损耗低的材料。为了获得必要的电感，需要较少的匝数，这除了减小尺寸之外，还提供了较小的绕组寄生电容和较高的共模噪声抑制系数。

接下来，我们将更详细地讨论微型降噪磁芯的使用。

这些产品可防止电流快速变化，否则可能导致电噪声和干扰。与其他方法不同的是，这种方法消除了干扰的根源。由于磁滞回线呈矩形，噪声抑制磁芯在电流过零时刻具有非常大的电感，可有效抑制电流的快速变化。额定电流建立后，磁路饱和，其电感减小，不影响器件的工作。例如，此类产品可以简单有效地降低半导体开关元件关断时反向恢复电流引起的噪声。

单匝干扰抑制器（基于圆柱形磁路）在结构上进行了优化，可与单匝绕组（通常是元件引线）一起使用。在安装到印刷电路板上之前，它们被放置在元件（晶体管、二极管）的输出上（图 2）。

使用由非晶合金制成的小型降噪磁路

多匝干扰抑制装置（“尖峰抑制器”或“发射抑制器”）是具有多匝绕组的小型饱和磁路。

与其他方法相比，所述装置的优点是效率更高（由于消除了干扰原因 - 电流快速变化）、损耗更低（总损耗低于传统 RC 电路，特别是在高频下），节省PCB面积（它们直接放在半导体的端子上，不需要印刷电路板上的额外空间）。此类磁路广泛应用于开关电源、DC-DC转换器、电机控制单元、开关半导体器件和小型共模滤波器。除了噪声抑制之外，噪声抑制扼流圈还用于保护半导体，因为它们可以消除潜在危险的电压浪涌。

噪声抑制磁路的工作原理如图 3 所示。 XNUMX.

使用由非晶合金制成的小型降噪磁路

在直流电流流过期间（图3，a中的“I”区域），磁路饱和，其磁化强度几乎保持恒定（图3，b中的“D”区域），因此电感器具有非常大的磁导率。低电感。

关断后，当二极管的正向电流减小时，磁路仍然饱和，电感器的电感仍然很小（图3中的“II”区域）。

二极管电流继续减小并改变其方向（图 3a 中的“III”区域）。二极管的反向恢复期的特点是di/dt值较高，这是产生噪声的主要原因。此时，磁路开始重新磁化（图3中b中的“III”区域），电感器的电感量迅速增加，从而导致二极管反向电流浪涌减小。

当二极管闭合时，磁路实际上将保持在去磁状态（图 3 中的“IV”区域）。

当下一个脉冲到来时，二极管再次导通，磁路被磁化，很快进入饱和状态（图3中的“V”区），重复上述过程。

上图。图4显示了干扰抑制磁芯的使用示例（干扰抑制扼流圈以红色突出显示，基于非晶合金制成的MD磁芯、直流偏置模式的存储扼流圈以黄色显示）： a - 脉冲稳定器; b——推挽式转换器； c——反激式转换器； g——电机控制单元； e——正向转换器；电子桥电机控制单元。

使用由非晶合金制成的小型降噪磁路

上图。图 5 显示了比较波形图，以正激转换器为例，清楚地展示了由非晶金属合金制成的噪声抑制器件的优点：a、b - 输出电压纹波，频率 f = 150 kHz，输出电压 Uout = 15 V，负载电流IН = 10 A：a——纹波幅值 67 mV（RC 电路和铁氧体磁芯），b——纹波幅值 45 mV（MP4-2-4.5AP）； c、d - 整流器输入端的电压（上方 - 二极管阳极的电压，下方 - 通过二极管的电流），f = 500 kHz，Uout = 5 V，lH = 20 A：c - 无阻尼措施，d - MP4-2-4.5； e、f——开关MOSFET晶体管上的电压，频率250kHz：e——最大电压715V（铁氧体磁路4-2-4），e——最大电压690V（MP4-2-4.5）； g、h——转换器输出电压对应的e、f纹波，f=250kHz，Uout=5V，1n=15A：g——纹波幅度140mV（铁氧体磁芯4-2-4），h - 纹波幅度 87 mV (MP4-2-4.5)。

（点击放大）

表中表 1 提供了选择脉冲源中使用的噪声抑制磁路时的一般建议。确定分组后，根据以下比例选择具体的标称值。

使用由非晶合金制成的小型降噪磁路

为了有效抑制单匝器件的二极管前端恢复反向电流，需要满足条件2Фm≥(Ucxtrr)，其中2Фm是磁路中的最大（双峰峰值）磁通Wb ; Uc——二极管反向电压，V； trr——二极管反向恢复时间，s。

例如，考虑输出电压为 4 V 的正向转换器的放电（开关）二极管（图 12e）。二极管的反向恢复时间为 35 ns，占空比为 0,3 (30%)。

根据表1.选用圆柱形抑噪磁芯。然后我们计算表达式的右侧：

2Фm≥((12/0,3)х35х10-9)=1,4 мкВб.

从表。 2、我们选择满足这个条件的最小磁路——MPZx2x4.5AP。

使用由非晶合金制成的小型降噪磁路

对于多圈设备，条件

(2ФmxAw)≥(1,5Ucxl0xtrr),

式中，2Фm为磁路中的最大磁通量Wb； Аw为窗口（绕组）沿磁路外壳内径的面积，mm2； Uc——元件上的电压，V； l0——元件电流，A； trr——反向恢复时间，s。

例如，考虑输出电压为 24V、负载电流为 2A 的正激转换器的放电（开关）二极管。二极管的反向恢复时间为 60 ns，占空比为 0,3 (30%) 。

根据表1 选择多匝扼流圈。然后我们计算表达式的右侧：

(2ФmxAw≥(1,5х(24/0,3)х2х60х10-9)= =14,4 мкВб·мм2 .

从表。 3 选择满足此条件的最小磁路 - МН080704.5А。

使用由非晶合金制成的小型降噪磁路

所选磁路的线径（单位：mm）和绕组匝数根据以下关系计算：

dnp≥(0,5√I0 = 0,7 毫米;

N≥(3Ucxtrr/(2Фm))=(3x(24/0,3)x60x10-9 /(1,96х10-6))=7,35 витка.

我们选择一个整数值 N=8 圈。

噪声抑制扼流圈的最终最佳选择是通过实际设备的实际测试得出的。

表中给出了使用圆柱形噪声抑制磁芯的指示性建议。 4（对于正向转换器）和表中。 5（对于反激式转换器）。

使用由非晶合金制成的小型降噪磁路

作者：E. Fochenkov，博罗维奇，诺夫哥罗德地区

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