[发明专利]一种提高气隙磁芯电感系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁芯，特别涉及提高气隙磁芯电感系数的方法。 

背景技术

磁芯：磁芯是指由各种氧化铁混合物组成的一种烧结磁性金属氧化物。磁芯的用途极广，从上世纪80年代开始，计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入上世纪90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，家用电器中，像彩电、路由器、手机充电等都采用了开关电源供电，更促进了开关电源技术、磁芯技术的迅速发展。 

这么多开关电源中，对磁芯的要求也是各不相同的，像常见的反激变换器(FLY-BACK)中，就需要对磁芯开一个相对较大的气隙来储存能量，同时调节电感量来达到设计要求，像一些用谐振技术工作的开关电源，如反激准谐振变换器，或LLC谐振变换器，都需要调节气隙来获得合适的电感量。 

也有一些开关电源和其它用途，在工作时磁芯是不需要气隙的，如1955年美国罗耶（G.H.Royer)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，也作Royer电路；以及1957年美国查赛（Jen Sen，有的地方译作“井森”)发明的自激式推挽双变压器电路，后被称为自振荡Jensen电路或Jensen电路；这两种电路，后人统称为自激推挽式变换器。自激推挽式变换器的相关工作原理在电子工业出版社的《开关电源的原理与设计》第67页至70页有描述，该书ISBN号7-121-00211-6。电路的主要形式为上述著名的Royer电路和自振荡Jensen电路。 

上述Royer、Jensen电路的特点为：利用磁芯饱和特性进行推挽振荡，变压器输出波形为近似方波，电路的变换效率较高。磁芯要在特定的时间瞬间接近饱和状态，所以无法采用存在气隙的磁芯。上述自激推挽式变换器必需使用磁饱和式磁芯，而磁芯加气隙是公知的抗磁饱和的手段。 

另一种不利用磁芯饱和特性进行推挽振荡的自激推挽式变换器，在人民邮电出版社1990年出版，王桂英编著的《电源变换技术》第57页至70页有描述，该书ISBN号为7-115-04229-2/TN·353。在该书中57页第三节的第三段第二行(图2-28上的第三行)已提到：变压器工作在非饱和状态，变压器的体积比较大。 

自激推挽式变换器在目前的开关电源领域中，由于在小信号模型中，唯一的交流小信号输入阻抗为正的电源，而其它开关电源的交流小信号输入阻抗为负，交流小信号输入阻抗为负的开关电源并联使用时极不方便，自激推挽式变换器的交流小信号输入阻抗为正，并联、级联使用极为方便，所以得到广泛使用。2011年，全球工业领域新增近7000万只自激推挽式变换器微功率电源模块中，几乎全部采用磁路闭合的磁环绕制变压器。这里所述的磁路闭合，也作磁通闭合，是指磁通都在磁材中穿过，没有经过极低导磁率的如空气这样介质。 

再如，像网络变压器，如以太网用的RJ45集成变压器，接口变压器，也是采用无气隙的磁环绕制的。 

再如，优质共模电感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，有的文献又叫共轭电感，也是无气隙的磁环绕制的，以期获得最大电感量；共模电感也有对性能要求不高的，采用镜面磁芯组合绕制的。图1示出了这类经典磁环的结构图，图2为这种磁芯的方形磁滞回线，其中+B_m、－B_m为磁芯的两个磁饱和点，事实上，这个曲线是接近矩形的，图2为了清楚地看清曲线，把横轴H的单位刻度变小，图形在横轴水平方向被拉长了。 

图3示出了磁芯开气隙后磁滞回线图，图3中的“有气隙”所指的实线为图1对应的磁芯开很小的气隙后的磁滞回线；图3中的“无气隙”所指的虚线为对比用的磁滞回线，和图2相同。共模电感也有采用镜面磁芯组合绕制的，其磁滞回线就是类似图3中所指的“有气隙”所指的实线。 

实际使用中，测量磁滞回线是一件很费时、成本很高的试验。一般都用电感系数来反映磁芯的性能，电感系数记作AL，电感系数是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量，一个磁芯，绕上一定圈数的导电线后，其电感量=电感系数×线圈圈数平方，记作： 

  

L为有磁芯线圈的电感量，AL为电感系数，N为线圈圈数，那么：

从式(2)可以看出，电感系数的测量是很容易的事，当线圈圈数为一匝时，测出来的电感量即为电感系数AL，当然，一匝线圈本身测量误差较大，一般采用多匝测量，再计算出电感系数AL。