为电感器的磁芯添加间隙

电器工程 电感器 铁氧体
2022-01-31 23:52:17

我正在为升压转换器设计电感器,但我很难找到我需要的这个项目。我发现了一个似乎可以工作的核心尺寸/形状,除了我只能在一个无间隙的核心(下图中的 s = 0)中获得我想要的材料(N49的核心。运行此内核的计算,看起来与列出的 \$A_L\$ 值一样,我将在达到我的目标设计电流之前使内核饱和。但是,核心足够大,如果我可以减少 \$A_L\$,我将有一个可行的设计。所以我想我想在现有的核心上增加一个差距。

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如何在不影响性能的情况下向核心添加一个间隙?我想出了下面列出的一些方法,但我不确定什么是“最好的”。

  • 在内柱和外腿上放置薄膜(例如 Kapton 胶带)作为间隙材料。很简单,但是线圈应该以间隙为中心(对吗?),它不会以外侧腿为中心。
  • 仔细打磨其中一个中心柱。我担心能够估计所需的转数,因为间隙大小决定了有效的 \$A_L\$。另外,我不确定当有间隙时两个中心柱是平面的有多重要。
  • 我正在做一些“奇怪”的事情,我找不到我要找的东西是有充分理由的。

作为背景,我正在尝试为在更高频率 (500 kHz)、更高电流 (>12A) 和更高电感 (>200µH) 下工作的升压转换器制作储能电感器。

4个回答

只需在磁芯之间插入非磁性垫片材料即可。结果是你会从侧面得到更多的 EMI 泄漏(磁通边缘)。您将添加两个间隙,因此您应该使用比芯柱间隙更薄的垫片材料。这通常在制作反激式变压器原型时完成,实际上您可以购买特殊的“间隔”胶水将磁芯粘合在一起。在您的情况下,我建议购买用于机械工程目的的各种厚度的塑料垫片套件,并使用通常的弹簧夹来固定芯。

计算所需 Al 所需的气隙很容易。参见,例如,Transformer and Inductor Design Handbook,Col. McLyman 1-18~1-23。

研磨铁氧体并不是特别容易,即使在铣床上也是如此,至少这是我的经验。

我总是把纸或塑料或其他材料的垫片放进去,我从来没有遇到过问题,但这一直是小批量生产。获得间隙尺寸也相当简单。基本公式是:-

\$\mu_e = \dfrac{\mu_i}{1+\dfrac{G\cdot\mu_i}{l_e}}\$

其中 G 是间隙,\$l_e\$ 是核心的有效长度。\$\mu_i\$ 是初始渗透率(间隙前),\$\mu_e\$ 是有效渗透率(间隙后)。

我知道您想使用 N49 材料,但如果您查看 N41 材料的表格,您可以获得关于 N49 间隙的非常好的线索:-

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因此,对于 70 毫米的有效长度,具有 1 毫米间隙的 N41 (1890) 的磁导率变为 67.5,即非常接近引用的数字 70。事实上,现在几乎就是定义磁导率的间隙。例如,如果您有一种材料的磁导率(例如)1000,并用 1mm 的间隙进行计算,则新的磁导率为 65.4。

不要忘记,核心中心分支上 1 毫米的间隙会转化为 0.5 毫米的间隙。

因此,对于 N49 材料,1mm 间隙的新磁导率值几乎约为 65。这如何影响饱和度?首先,您需要更多匝数,因为电感会以 1000:65 的比例下降。电感与(匝数)\$^2\$ 成正比,所以现在,要恢复电感,您需要的匝数是以前的 3.922 倍。

这使得初级电流与以前相同,但安匝增加了 3.922,因此 H 场增大了 3.922 倍,但这是重要的,B = \$\mu H\$ 并且,因为 \ $\mu\$ 降低了 15.38 倍(3.922\$^2\$),B 有效降低了 3.922,饱和的风险要小得多。

关于铁氧体的打磨 - 这很容易做到,但要测量打磨的程度有点棘手。我做过一次,除了有点繁琐之外没有任何问题,但是你可以用手很容易地用相当精细的砂纸去除铁氧体。

除了@Spehro 的好答案,在刚性表面上具有高晶粒(1000 用于更高速度,更高粗糙度光洁度,2000 用于中间平滑,4000 用于初步平滑,16000 用于超光滑光洁度)的 3M 或 3M 类金刚石垫是什么我曾经在机器原型制作和压缩金属芯的角部调整中从金属和石头上取下 10 微米 +/- 2 微米。我已经设法在主轴上安装了几个圆形的,以便与 1 到 10krmp 台钻一起使用。

只是为了添加一些想法组合。

您可以在许多不同厚度的片材中获得 Kapton、PTFE、PP、PE、云母和福米卡,如今在无数地方,因此垫片应该不是问题。虽然我建议不要使用云母或福米卡,因为这些天它们更难获得,而且很难在不到处制造尖锐碎片的情况下获得尺寸。


编辑:

不过要注意材料的柔软度。一些较软的塑料可以很容易地压缩到足以在核心的弹簧力下修改你的间隙数学。


我的最后一个想法是,我知道,我又在吹毛求疵,问 Wurth 他们是否在美国对样品进行定制间隙。然后当然,看看他们是否有一个你可以取样的核心,以符合要求。

在我的国家,这个数字还不足以证明表面磨削的合理性。而且大多数具有这种技能的人已经离开了。如果你弄错了表面磨削是很难改变的。附近可能会出现额外的核心热点新研磨的表面。现在,当您使用垫片时,您实际上有两个间隙,并且间隙越多,边缘场的额外损失就越少。当您研磨时,您只有一个间隙,因此您的边缘场将比垫片差。如果您使用填充垫片并进行生产,更高的损耗可能会给您带来麻烦。总间隙越大,频率越高,就越有可能出现额外损耗的麻烦。小间隙似乎已被核心充分覆盖制造商。明智的事情是利兹线,从生产的角度来看这是不受欢迎的,并使线远离边缘场。从业余无线电中记住你想要一个高 Q 线圈。ZL4TIY。