變壓器磁技術(shù)高級培訓(xùn)站

可以掃描下方 與本資料相對應(yīng)的培訓(xùn) 第一高頻功率磁性材料特性與應(yīng)主講 博福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院教授，博中國電源學(xué)會(huì)常務(wù)理事、磁技術(shù)專 委,2016年09主要功功率變換器中的磁性材料基本電氣特磁性材料損耗特磁性材料的性能磁性材料的組合磁性材料的軟磁材硬磁材矩磁材

B B

難磁化(磁導(dǎo)率小)，難退磁(矯頑力Hc大)用于產(chǎn)生直流磁場→磁電式 BB

軟磁材料的電磁1 0

H 0B

10 0

H

ss軟磁材料的基本電FerriteComplexpermeabilitywithInitialpermeabilitywith Incrementalpermeabilitywith軟磁材料的電氣參變壓

TX

電感

輸出濾波電逆變電濾波器電感CM濾波電DM濾波電 磁性材料的磁芯

bH 磁滯損

Pin(iu)dt( e) )dtAeleH b

AeleH d渦流損

磁滯損耗大小取決于鐵磁材料本身的品u磁滯損耗大小與激磁工作頻率成正u磁滯損耗大小與磁通密度大小的平方成 f2B2leAe2 渦流損耗大小取決于鐵磁材料本身的電導(dǎo)渦流損耗大小與激磁工作頻率的平方成正渦流損耗大小與磁通密度大小的平方成正磁芯損耗基本模型-Steinmetz模損耗vs.溫 損耗vs.頻率f，磁密 KfB(CCTCT2 高頻磁件損耗特性測 磁波

PU

交流功率計(jì)tg(

PUI

tg()t度影響很高頻率和阻抗角度影響很磁芯損耗的影響因磁芯磁芯損耗與如下因素有勵(lì)磁波形D

鐵氧體磁材料損耗的溫度特穩(wěn)定區(qū)

不穩(wěn)定區(qū)溫度對鐵氧體磁芯損耗有很大磁芯溫度設(shè)計(jì)點(diǎn)是很重鐵氧體損耗溫度特性的應(yīng)效率磁芯損耗

繞組損耗功

散熱好，溫升散熱差，溫升脈寬調(diào)制波形激勵(lì)下的 平均變化率

B (BBBw_sin(BmaxBmin)2

Bw_arb

(BmaxBmin) tk1 2(Bk1Bk)2

PKfB

SIN 2

Bmax tk1t

Pf(Kf1B

2

v(t)2

Pf(k

2(|v(t)|dt)2T

2 t

76kf(D)4321

kfsin_eq ( 2D1B1wBB1wB2T )dt

D

直流偏磁對磁芯損耗的影 (1K)cv@

cv@BdceK)

cv@Bdc,,0.37B0.22

321.52959.5

0.37B0.22

1.52959.5

0.37B0.22

321.52959.5

Hdc=0,Pc=504

Hdc=1385A/m,Pc=5260.37B0.22

321.52959.5

0.37B0.22

1.52959.5

0.37B0.22

321.52959.5

0.300Hdc=2077A/m,Pc=584(kw/m 0.300磁性材料的磁能傳遞能力與材料選fBfBNAef

B→載 f→速磁性材料的磁能儲(chǔ)能特性與材料選21LI221LI21H2EHl lgu高頻磁芯損耗測量的誤差分析Pc

AeT

H(t)dB(t)1 i(t)u(t T

PUIcosP|U||I|tg()t

160tg(

U和I的采樣時(shí)間差t較 較大的 阻抗角接近 080818283848586878889 磁粉MagneticsMagneticsMagneticsMagnetics鐵氧FerroxcubeFerroxcube軟磁磁芯材料基本分粉Fe(鐵粉芯MPP鐵鎳鉬合金High-Flux高通鐵鎳合金)Kool-Mu(鐵硅鋁合金)Fe-Si鐵硅合金塊帶Siliconsteel(硅鋼片)Permalloy(鐵鎳合金)Amorphous(非晶)Nanocrystalline納米晶)磁粉芯磁材料的Alloy →磁導(dǎo)率較(oxide,SiO2,

合金顆粒尺度較應(yīng)用

→渦流損耗較→適合較低頻功率濾波電感(較低工作頻率粉芯磁材料的電磁特性比MagneticsMagneticsPureironHighPureironHighfluxKoolm粉芯磁材料的損耗特性比非晶帶材磁材的基:材料厚度難以太小→適合較低頻應(yīng)用Bs(飽和磁密)→逆變電感(有氣切割帶材磁芯的附加磁芯損鐵氧體磁材Mn-ZnFerriteNi-ZnFerrite應(yīng)用電阻率很大→適合高頻應(yīng)用導(dǎo)鐵氧體(錳鋅)→EMI共模電感率鐵氧體(錳鋅)→功率變壓器低導(dǎo)鐵氧體(鎳鋅)→輸出EMI濾波鐵氧體磁材料的Mn-ZnferritesforpowerHigh

HighBs&LowLoss

450320

Low

250300410

HighB

new

High Temp.磁粉芯與鐵氧體材料電制磁 較低導(dǎo)體填充一致性設(shè)尺寸繞組匝長沒有氣隙擴(kuò)散效

磁 導(dǎo)體填充率一致性 容設(shè)計(jì)容尺寸繞組匝長氣隙擴(kuò)散效應(yīng)不同磁芯材料的組合—達(dá)成需要的電感特 磁芯并→電感串聯(lián)(電感量增加I 磁芯串→電感并聯(lián)(電感量則中I不同磁芯材料的組合—優(yōu)勢互鐵氧磁粉

r-磁粉芯中柱→面積較小→MLT較鐵氧體邊柱(外壁→沒有磁沒有空氣隙→氣隙擴(kuò)散損耗較磁芯損耗的折總體尺寸的折非線性特性電感的作E1E1L(I)I2L(I

體積利用非線性特性

各材各材料磁化曲 H33臺階氣隙組合非線性cd cd

不同材料組合非線性a

非空 鐵氧 bc

不同磁芯材料組合與繞組方

高頻功率磁性元件的陳為 1主要2功率變換器的要求和價(jià)格0.18/W→

三“高”兩“低開關(guān)電路開關(guān)電路拓控制磁性元制程高低標(biāo)簡芯數(shù)高集最自精速損準(zhǔn)單片字頻成優(yōu)動(dòng)密化耗化化化化化化化化化碳化硅氮化鎵

無橋3磁性元件重要性和 :能:能 ,80+,綜合能高高頻磁性元件/磁技術(shù)已經(jīng)成為功率變換器進(jìn)一步發(fā)展的磁技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前開關(guān)電源主要關(guān)注4邊電

磁元件是高頻電磁場的復(fù)雜綜合 半導(dǎo)體開(電場+電流場漏副 磁電 損原電 激 繞磁 損 2電場分1 2

磁場分 3？4

實(shí)際變壓器(磁場5 件測試的要

參數(shù)可測且6磁性元件模型的復(fù)雜磁性元內(nèi)部內(nèi)部寄生參外部耦合參 磁場泄漏耦 電場感應(yīng)耦磁元件高頻特性給測試技術(shù)帶來了更大 和機(jī) 7磁元件測試的新測試的

隨著新磁性材料(如合金磁粉芯)的應(yīng)隨著新磁性元件(如磁集成元件)的出隨著新應(yīng)用領(lǐng)域(如新能源變換)的發(fā)隨著新測試技術(shù)(如新型傳感器)的進(jìn)隨著新測試參數(shù)(如TX共模電容)的要測測試方法和技術(shù)需要進(jìn)測試儀器和標(biāo)準(zhǔn)需要完8磁性元件測量的主要參可靠性參數(shù)：這類參數(shù)主要影響磁件的質(zhì)量和可靠性，如耐壓特性、9磁性元件損耗參數(shù)測磁芯損耗CorelossisrelatedMaterialFluxDC KfBCorelossisrelatedMaterialFluxDC 磁芯損耗測量-交流lH(t)i(t)NKl

B(t)

1u(t)dtKB 1NA1

1

dBH

uidt (AeN eTs TsAeleHdBVe

Test 磁芯損耗測量的采樣u(t)i(t)RNA

B(t)1tTu(t)dtNAet單繞

H(t)i(t)

i很小或Rs很PAel

H(t)dB(t) i(t)u(t T雙繞組

u(t)NAB

i(t)H(t)NP(NH)

i(t)u(tNT NTB雙繞雙繞組法可以去除勵(lì)磁電流在繞組電阻上的電壓降的影雙繞組應(yīng)該并繞，以提高磁場耦有偏磁下磁芯損耗的

i(t)**

**

交流功率計(jì)法測量PUIcosPUItg(

R

tg(

80818283848586878889 被測件阻抗角對損耗測量精度影響很磁芯損耗測量誤差（有氣隙/磁粉芯cosθ

PU

,

QI2X

I

B

,

FerroxcubeFerroxcube100MS/s采樣20MHz帶寬各種磁芯勵(lì)磁 不對

對

逆變電PFC電常見的交流功率法磁芯損耗測量

國產(chǎn)高頻功率測通過電容補(bǔ)償降低阻C高頻磁芯損耗測量1、注意儀器的校準(zhǔn)，尤其對于低損耗的磁芯5、對于雙繞組測量，激磁繞組和采樣繞組要并繞，以提高耦合度,量熱計(jì)法損損 發(fā) 溫 TestforDCDC定標(biāo)隔熱

去離子去離子量熱計(jì)法—比對A瓶(測試

B瓶

B瓶溫

A瓶溫t線圈交流電阻的

n2*Lk2 n2*Lk2RsRRn2 變壓器繞組損耗的

0Rac(Rac()forodd00.170510851.191.531872.212.55289Freq

w_

ac_

8)ac_All_推挽電路變壓器線圈損有四個(gè)繞組，如何短路奇奇次諧波電流在全部原邊（即Np1+Np2）和全部副邊（即Ns1+Ns2）間偶次諧波電流在兩個(gè)原邊（即Np1和Np2）之間平直流分量電流在變壓器繞組損耗測量--推挽式變阻抗阻抗測

Ns1

阻抗阻抗

開Rac_k對于奇次諧波頻 Rac_k對于偶次諧波頻 I2 w_

2 ac_ ac_All_磁性元件電氣參數(shù)磁性元件小信號測試基網(wǎng)絡(luò)分析阻抗分析LCR有限的分析能力（GO/NO-磁導(dǎo)率/電感的

10 i 0

H

1

10

H電感測量阻抗分阻抗分析B-分析LCRLCRLCR性測量BH

初始磁導(dǎo)

幅值電感/磁導(dǎo) 增量電感/磁導(dǎo)電感/磁導(dǎo)率特性測量（脈沖測量法u(t)L(i)

t

t

電感測量基本

tL(t)u(t)/B(t)1t

NA

L(t) N

變壓器線圈漏感短路Lk1 Lk2 Lk1 n2*Lk2 Lk1 n2*Lk2 kLLn k變壓器漏感測量低頻誤差大的R1

n=1Lk2

Z(f)Rj

jLm(R2jLk2

L(f)Im(Zs(f

m(R2jLk200Freq.頻率低→漏感測量值太大漏感測量值正磁性元件電磁兼容參繞組并聯(lián)電容Cp Cpf p Lp r (2f)2rL可以通過較低頻率下的測量獲得，而Cp通過諧振頻

反激變壓器電場

NG

Qps=Qps=Qsp時(shí)，變壓器變壓器原、副邊電容 LCR

LCR傳統(tǒng)LCR表變壓器原、副邊電容測量方LCR采用阻抗分析儀或LCR表測量的是原、副邊繞組間結(jié)構(gòu)電容不能體現(xiàn)繞組的電位分布特性對共模噪聲動(dòng)態(tài)電容等效的變壓器共模耦合特性的網(wǎng)絡(luò)分析儀 等(兩端口

0

測量