淺談高頻開關(guān)電源用電抗器(高頻電抗器)

      本文主要介紹高頻開關(guān)電源用電抗器(高頻電抗器)，為了能夠讓讀者更夠更清晰地理解和熟悉這一創(chuàng)新產(chǎn)品，先來大概了解一下有關(guān)高頻開關(guān)電源的相關(guān)知識。

        江蘇博邦電氣(常州博邦電氣)是專業(yè)的電抗器廠家，產(chǎn)品匯集變頻器用進線電抗器(輸入電抗器)、出線電抗器(出線電抗器)、直流電抗器(平波電抗器)，還有諸如電容器用低壓串聯(lián)電抗器、高壓串聯(lián)電抗器等，聯(lián)系方式：0519-83188328 18015013088，專業(yè)鑄就經(jīng)典！

       一、高頻開關(guān)電源
      （一）、高頻開關(guān)電源的含義
      高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器)，通過MOSFET或IGBT的高頻工作，開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi)，工作效率達(dá)到90%以上，實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年，開關(guān)整流器的功率容量不斷擴大，單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
                    
      高頻開關(guān)電源是傳統(tǒng)整流器（硅整流器，可控硅整流器）的升級替代產(chǎn)品。高頻開關(guān)電源以使用方便，體積小，效率高，工作穩(wěn)定，鍍層細(xì)致等絕對的優(yōu)勢迅速占領(lǐng)市場。廣泛使用于電鍍，電解，氧化等表面處理行業(yè)，并得到新老客戶的一致好評。 

       （二）、高頻開關(guān)電源的特點
       1 采用進口名牌元器件和國際先進的全橋逆變換流技術(shù)精密加工而成，使整機的性能穩(wěn)定，質(zhì)量更加可靠。
       2 整機具有過壓，過流，超溫，短路，缺相等自動保護報警功能和軟啟動功能。并可加裝時間控制和計算機接口。
       3 直流輸出波形為高頻方波，紋波系數(shù)《1%，可提高鍍數(shù)，拒絕鈍化，增強鍍層表面的光澤度和鍍件暗角的鉆芯度。并可減少原材料的損耗，達(dá)到電鍍行業(yè)的各種特殊要求。
       4 sfg系列高頻開關(guān)電源 采用風(fēng)冷式設(shè)計，安裝方便。并配有遠(yuǎn)控裝置，操作簡單。可以帶負(fù)載開關(guān)機，減少調(diào)節(jié)的煩瑣程序。
       5 體積小、重量輕，整機運用了全方位的防腐工藝制作，增強了產(chǎn)品的防腐蝕能力，延長了使用壽命。
       6 高效，節(jié)能，工作效率達(dá)到90%以上，任意電壓電流比始終成線性匹配。省去了傳統(tǒng)整流器 的調(diào)壓器和主變的損耗，節(jié)能在35%以上，大大的減輕了電鍍 成本，實為表面處理行業(yè)最理智的選。

      （三）、開關(guān)型穩(wěn)壓電源的分類
      開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)有多種：
      (1)按驅(qū)動方式分，有自勵式和他勵式。
      (2)按DC/DC變換器的工作方式分：①單端正勵式和反勵式、推挽式、半橋式、全橋式等;②降壓型、升壓型和升降壓型等。
      (3)按電路組成分，有諧振型和非諧振型。
      (4)按控制方式分：①脈沖寬度調(diào)制(PWM)式;②脈沖頻率調(diào)制(PFM)式;③PWM與PFM混合式。
      (5)按電源是否隔離和反饋控制信號耦合方式分，有隔離式、非隔離式和變壓器耦合式、光電耦合式等。
      以上這些方式的組合可構(gòu)成多種方式的開關(guān)型穩(wěn)壓電源。因此設(shè)計者需根據(jù)各種方式的特征進行有效地組合，制作出滿足需要的高質(zhì)量開關(guān)型穩(wěn)壓電源。

       二、高頻開關(guān)電源用電抗器(高頻電抗器)
      （一）高頻開關(guān)電源用電抗器(高頻電抗器)的含義
      電抗器也叫電感器，一個導(dǎo)體通電時就會在其所占據(jù)的一定空間范圍產(chǎn)生磁場，所以所有能載流的電導(dǎo)體都有一般意義上的感性。這就是通常意義上的電抗器，與傳統(tǒng)電抗器不同的是，高頻電抗器（Reactor)用壓粉成型鐵芯“MBS-R”，主要用于混合動力車及各種EV（電動汽車）的DC/DC轉(zhuǎn)換器、太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)連接裝置以及空調(diào)等節(jié)能家電的逆變器等。

      這些電抗器的鐵芯大多采用厚0.1mm左右的電磁鋼板。但此前一直存在材料價格昂貴、因?qū)盈B多張鋼板導(dǎo)致加工成本上漲，以及產(chǎn)品形狀受到限制等問題。作為代替這種電磁鋼板的鐵芯材料，高頻范圍內(nèi)鐵耗較少的壓粉成型鐵芯。對原料鐵粉的粒度分布進行了最佳設(shè)計，采用高耐熱型MgO類絕緣薄膜，優(yōu)化了成型及熱處理等工藝。

      MBS-R不僅鐵耗與原來的電磁鋼板一樣少，而且飽和磁束密度比0.1mm厚的電磁鋼板高出10％左右，因此三維形狀也可靈活設(shè)計。目前Diamet已開始樣品供貨MBS-R，今后將與電抗器及逆變器廠商共同推出相關(guān)產(chǎn)品。因此，高頻開關(guān)電源用電抗器(高頻電抗器)具有以下特點：
      1、高轉(zhuǎn)換效率；
      2、動態(tài)電感量以滿足電路要求；
      3、體積小、重量輕、高性價比；
      4、溫升低、頻率穩(wěn)定性好，無老化風(fēng)險；

      （二）高頻開關(guān)電源用電抗器(高頻電抗器)鐵心的性能特點與選擇
      過去，高頻開關(guān)電源的高頻可飽和電抗器主要采用坡奠合金，但由于鐵心的溫升問題，而難以高頻化。很顯然，非晶鐵心作為高頻可飽和電抗器顯示了優(yōu)良的特性，具有上述特征納磁控式開關(guān)電源重新被認(rèn)識，需求正在迅速擴大。因此，容許溫升必須耍考慮開關(guān)電源的使用環(huán)境溫度、內(nèi)部發(fā)熱以及鋁電解電容器的壽命。

      1、高頻可飽和電抗器用非晶C型鐵芯性能特點：
      a、高飽和磁感應(yīng)強度一減小鐵芯體積；
      b、矩形結(jié)構(gòu)---便于線圈裝配；
      c、鐵芯開口——優(yōu)良的抗直流偏置飽和能力；
      d、低損耗——減小溫升（是硅鋼的1/5——1/10）；
      e、良好的穩(wěn)定性——可在-55—130℃長時間工作。

      2、高頻開關(guān)電源用電抗器(高頻電抗器)鐵心的應(yīng)用領(lǐng)域：
      a、光伏逆變器用非晶電抗器鐵芯
      b、高頻大功率開關(guān)電源中的輸出濾波電抗器
      c、中高頻開關(guān)電源變壓器
      d、某些不間斷電源中的主變壓器.

      3、高頻開關(guān)電源用電抗器(高頻電抗器)鐵心的選擇
      根據(jù)以上的條件，開關(guān)電源用高頻可飽和電抗器鐵心應(yīng)具備以下特性飽和磁通密度和殘留磁通密度的比，即矩形比。
      a、頑磁力小。
      b、飽和磁通密度大。
      c、溫度特性好。

      現(xiàn)在作為可飽和電抗器的鐵心，已知的有表3所示的幾種，其中鐵氧體在點上存在問題，而80％Ni—Fc坡莫合金在第點上存在問題，所以都不大用于高頻開關(guān)電源。因此對50g6Ni—Fe坡莫合金和Co基非晶磁性材料進行了研究，根據(jù)對矩形驅(qū)動產(chǎn)生的滋特性和溫升進行測量的結(jié)果，根據(jù)輸出保證條件和容許溫度條件，求出適合于可飽和電抗器小型化的最佳頻率。在頻率、可變電抗器的卷數(shù)和變壓器次級線圈電壓的關(guān)系。如果鐵心的尺寸是一樣的，則卷數(shù)越少，可飽和電抗器越能小型化。所以50%Ni—Fc和Co基非晶磁性材料的最佳頻率分別是20kHz和100kHz。然而在50％Ni—Fe的情況下，由于卷數(shù)多46T從銅損的問題來看，要求實際尺寸為這個的二倍。

      這樣如果采用Co基非晶磁性材料就可以在高頻工作，主要元件就可以小型化。Co基非晶磁性材料作為高頻可飽和電抗器顯示出優(yōu)良的特性，但如前所述，如果不對時效變化采取對策，則在使用過程中特性交化，鐵損增加。鐵損增加又進一步引起溫度上升，鐵損又增加的惡性循環(huán)狀態(tài)。Co基非晶磁性材料的矩形比小，但存在這種傾向，所以必須注意。

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