新型磁性材料在開關電路中的應用

摘要：本文主要通過分析典型的半橋式逆變電路故障，發現了脈沖變壓器磁路材料對產品質量的影響，選擇新型的超微晶合金軟磁材料替代鐵氧體材料，取得了良好效果。

關鍵詞：典型的半橋式逆變電路 脈沖變壓器 錳鋅鐵氧體軟磁材 鐵基超微晶合金軟磁材

超微晶合金軟磁材料是一種新型磁性材料，用其制作的磁芯具有飽和磁感強度高、磁導率高、高矩形比、低矯頑力、磁芯高頻鐵損低、高溫穩定性好等優點，廣泛應用于取代坡莫合金及鐵氧體，作為各種形式的高頻(20～100 kHz)開關電源中的磁芯。

熒光燈使用的電子鎮流器普遍采用的是半橋式逆變電路，見圖。其工作原理是，當電路加上整流出的直流電壓后，R1、C2充電電路充電，B點電位升高到雙向觸發二極管的轉折電壓時，觸發二極管導通，輸出齒鋸波脈沖電壓。振蕩管VT2基極加上這一齒鋸波脈沖電壓后，飽和導通。此時直流電源VCC、隔直電容C5、右端燈絲、諧振電容C4、左端燈絲、鎮流電感線圈L1、脈沖變壓器原線圈T1a、振蕩管VT2的集電極至發射極、發射極電阻R5、地之間構成充電回路，C4、C5處于充電狀態。脈沖變壓器副線圈T1b、T1c的極性相反，由于互感作用，振蕩管VT1的基極加上一個反向電壓而截止。當C4、C5充電電流逐漸減小至零時，由于互感作用，振蕩管VT2基極獲反向電壓而截止。隔直電容C5、右端燈絲、諧振電容C4、左端燈絲、鎮流電感線圈L1、脈沖變壓器原線圈T1a、發射極電阻R3、振蕩管VT1的發射極至集電極之間構成放電回路，振蕩管VT1的基極獲得正向電壓而飽和導通。至此完成一個振蕩周期。此后，電路重復前面的過程形成自激振蕩，其振蕩頻率為40kHz左右。

這個電路從其工作原理可見，顯然為典型的開關電路。其中電感器L1和脈沖變壓器T1的磁路材料為錳鋅鐵氧體軟磁材。鐵氧體的低磁感、溫度穩定性差、產品質量的分散性等原因，迫切需要一種新型的磁性材料取代它。

在對某電子鎮流器生產廠一批返修產品的故障進行分析時，統計出有近三分之一的故障是振蕩管被擊穿。進一步分析發現，振蕩管被擊穿不僅與振蕩管的質量、雙向觸發二極管的轉折電壓和電源電壓的波動等因素有關，而且與脈沖變壓器的磁路材料有密切關系。在測量中發現，有些脈沖變壓器原線圈的電壓增大到一定值后副線圈的電壓值出現非線性的迅速增大，還有部分脈沖變壓器溫度過高。更換多個品牌的鐵氧體材料均存在這些現象。顯然，這些現象與鐵氧體材料磁導率的大小不均勻有關。鐵氧體材料在制作過程中由于粉料混合不均勻、結塊和顆粒均勻性差都將影響到材料的磁導率。磁導率過大的，當電網電壓波動時，脈沖變壓器副線圈的電壓將過高，使得振蕩管基極回路反復出現過高的輸入電壓，致使基極電流過大，集電極電流超過極限值，導致振蕩管擊穿；磁導率過小，工作時磁路極易飽和發燙而失磁，甚至會燒毀電路。

為提高產品質量，降低返修率，嘗試選用江西大有科技有限公司的DY1210型鐵基超微晶合金磁環代替錳鋅鐵氧體磁環。由下表可見，鐵基超微晶合金磁環的性能優于錳鋅鐵氧體磁環。磁導率高可以有足夠大的驅動信號使振蕩管迅速飽和；另一方面，可以減少線圈匝數、降低漏感和分布電容，有利于改善驅動信號的波形。飽和磁感強度高能保證脈沖變壓器有足夠的驅動功率，防止脈沖變壓器易進入磁飽和狀態而加劇溫升。居里溫度高，且遠高于工作環境溫度有利于減少磁導率、飽和磁感應強度受溫度的影響。脈沖變壓器按鐵基超微晶材料的參數進行重新計算，原線圈選三匝，兩個副線圈分別選兩匝，基極回路稍作調整后，電路即正常工作。經測量，電源電壓波動時，基極回路沒有出現異常增大的現象，額定工作時磁路的溫度明顯降低。此外，諧波成分有所降低，電磁波干擾減少。

改進后的電子鎮流器正常運行一段時間后，接著小批量生產，投放到相對集中的使用場所。經過三個月的跟蹤觀察，沒有發現損壞振蕩管的現象，效果良好。當然，一種新型材料要取代老的材料還要經過長時間的實際使用，從技術和經濟方面進行對比。

參考文獻：

[1]江西大有科技有限公司技術資料.

[2]胡存生編.《集成開關電源的設計制作調試與維修》.人民郵電出版社. 1995.8.出版.

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