单片机开发電(diàn)感设计的开发过程

2021-02-03

在電(diàn)感设计等开发过程中，可(kě)能(néng)会出现许多(duō)问题。“某条磁化曲線(xiàn)的線(xiàn)性面积有(yǒu)多(duō)大？”，“软饱和度有(yǒu)多(duō)难？” 或“磁性成分(fēn)的损耗有(yǒu)多(duō)大？” 没有(yǒu)答(dá)案，这些问题会不必要地减慢开发过程。

没有(yǒu)答(dá)案，这些问题会不必要地减慢开发过程。但是，要获得答(dá)案，需要去找具有(yǒu)“经验”的所谓“专家”。Bs＆T在这里以公开透明的方式提供答(dá)案，数据和确切数字。

高功率密度和高效率是磁性元件的两个主要技术要求。每种软磁性材料都具有(yǒu)饱和度，并且理(lǐ)想的磁性材料应具有(yǒu)線(xiàn)性區(qū)域，以在電(diàn)路仿真中执行虚拟的電(diàn)感设计。市场上有(yǒu)两种市场上可(kě)买到的具有(yǒu)相对较高饱和磁通密度和居里温度的固體(tǐ)材料，它们是“金属合金压粉磁芯”和“应力退火金属-准金属带绕制磁芯”。

金属合金压粉磁芯由高渗透性金属颗粒组成，夹杂物(wù)隔离。这些磁心在宏观上是同质的，并且是各向同性的[1]。另一方面，金属-准金属带缠绕的芯在带方向上结合了单轴各向异性和受控拉伸应力而被快速固化和退火。这些磁芯用(yòng)途广泛，可(kě)提供所需水平的線(xiàn)性磁导率。可(kě)以将附加的横向磁退火用(yòng)作后处理(lǐ)，以降低所谓的瑞利區(qū)域内的矫顽力。没有(yǒu)离散的气隙可(kě)确保均匀的热负荷，尤其是在長(cháng)期激励期间。这使得这些内核极為(wèi)可(kě)靠。

本文(wén)将分(fēn)析测量饱和滚降的挑战，并介绍试图解决该问题的BsT脉冲。我们将提供两个常见示例的案例研究，并在技术上讨论所提出的解决方案。

量化饱和度柔软度的挑战和解决方案

对于每个有(yǒu)芯電(diàn)感器，（无论是金属合金粉末或快速凝固并经过应力退火的）電(diàn)感器，（重新(xīn)）磁化曲線(xiàn)都具有(yǒu)饱和并且限制了線(xiàn)性工作區(qū)域。差渗透率的滚降及其趋近饱和可(kě)以通过各向异性分(fēn)布的宽度来表征，该宽度由Baradiaran方法确定[3]。

p（HK）=-H d ^ 2J / dH ^ 2

根据定义，B和H的第二个偏差是沿着退磁曲線(xiàn)的每个特定電(diàn)流幅度的磁导率差。

对于这种低磁导率材料的当前验证方法是在给定频率下通过小(xiǎo)信号交流激励和足够小(xiǎo)的交流磁化强度来实现的，随着直流源对直流偏置的增加，特定的测量可(kě)提供增加的磁导率[4]，它非常灵敏，尤其是在“锐利”區(qū)域，接近饱和。由于无穷小(xiǎo)的交流间隔得到系统地增强，因此随着直流偏置的增加，压降也随之增加。IEC 62024第2版给出了增量磁导率的原理(lǐ)描述，以及这种测量的操作难度。但是，关于数量的测量条件的描述被忽略了。

作為(wèi)补充，BsT-Pulse可(kě)以在退磁曲線(xiàn)上快速传递差分(fēn)電(diàn)感[1]，直接且不受工作条件的影响。磁导率差也是如此。

BsT脉冲微控制器基于晶闸管技术，其工作原理(lǐ)描述如下：脉冲能(néng)量，存储在電(diàn)容器中，以所需電(diàn)压放電(diàn)，被测器件和電(diàn)容器形成LC谐振電(diàn)路，全反向電(diàn)流使能(néng)阻尼特性的表征以及瞬态大電(diàn)流幅度将被测器件驱动到饱和状态。[4]在给定有(yǒu)效長(cháng)度和横截面以及匝数的情况下，可(kě)以在数据处理(lǐ)的材料分(fēn)析页面中找到脉冲振幅磁导率和退磁曲線(xiàn)。

可(kě)以相应地描述HK对H / Hm的进一步描述，HA处的高斯分(fēn)布量化了滑落到饱和的刚度或所谓的“软度”。曲率為(wèi)R的尖锐高斯分(fēn)布，定义為(wèi)線(xiàn)性工作區(qū)域终止处的场强与微分(fēn)磁导率的局部最大值的比率。高的R数会區(qū)分(fēn)饱和行為(wèi)的硬度。[5] 

通过两个示例进行演示：

现在，我们选择了两个典型的商(shāng)用(yòng)示例，其中一个被测電(diàn)感器（由Fuss EMV公司提供）由金属合金压粉磁芯构成，叠层形状為(wèi)2片E6527，使用(yòng)的材料為(wèi)XFlux FeSi6.5 040 （由Mag-Inc公司制造），并用(yòng)匝数為(wèi)139的实心線(xiàn)绕制。另一种是应力退火细化型纳米晶Fe73.5Si13B9Nb3Cu1带绕芯（由北京AmorNano公司提供）。

1.金属合金压粉磁芯XFlux R〜0.26

将金属合金颗粒压实并退火，用(yòng)实心線(xiàn)绕制[1]

特征点位于HA〜13000A / m，差磁导率（从〜54开始）结束于13000 A / m，在50000 A / m处看到的饱和磁通密度為(wèi)1,6 T，计算為(wèi)0,26。通过数据处理(lǐ)，初始磁导率為(wèi)54，瑞利常数為(wèi)0,125，Ms计算為(wèi)1,2 MA / m，Néel常数為(wèi)-5859焦耳。

電(diàn)压電(diàn)流衰减DUT

双极激发的BH曲線(xiàn)

用(yòng)Rivas系数重建BH曲線(xiàn)（缩放部分(fēn)）[6]

μπ，a与H IEEE389

Q系数ωLs/ Rs计算為(wèi)0.08,6.5 ms和17 ms之间的插入损耗為(wèi)3,285 dB

各向异性分(fēn)布作為(wèi)微分(fēn)渗透率（绿色）[3] 

如图1所示，可(kě)以根据Rivas [6]重新(xīn)构建BH曲線(xiàn)。

系数可(kě)以通过

可(kě)以通过的参数找到因子Ms，χ，λ和α。可(kě)以通过的参数找到因子Ms，χ，λ和α。

首先，χ实际上是材料的相对磁导率，可(kě)以直接从材料的材料相对磁导率中读取，也可(kě)以直接从数据表中读取，或者由DUT的DUT磁导率的初始差分(fēn)磁导率获得；该女士是中号值时H-> INF。，因此定义為(wèi)阻尼过程中的最大磁通密度，可(kě)以為(wèi)Bs / Uo，将系数λ视為(wèi)瑞利常数：  

電(diàn)压電(diàn)流衰减DUT

双极激发的BH曲線(xiàn)

各向异性分(fēn)布作為(wèi)微分(fēn)渗透率（绿色）[3]

因此，通过Hc為(wèi)磁通密度，右从脉冲测试，在最后的相邻交叉零点之间的读出时，被认為(wèi)是视為(wèi)尼尔常数，它是線(xiàn)性函数的截距MH 的ħ，定义為(wèi)

并且曲線(xiàn)必须覆盖M = Ms时的点和点（Ht，Mt）Mt）。在此拟合练习中，将α选择為(wèi)8000 A / m，然后还可(kě)以根据脉冲测试数据计算出α。

2.应力退火带绕纳米晶核R 0,67

Finemet型纳米复合材料以锭料制成，快速固化為(wèi)平面非晶带，在应变载荷下通过连续窑脱粒，再卷回到胶带绕芯中，整个过程自动进行，然后装在塑料盖，人工電(diàn)缆（0.5 m）中）缠绕在铁芯上，匝数為(wèi)8。電(diàn)感器正确连接在BsT-pulse micro的两个端子上，并用(yòng)存储電(diàn)容器制成LC谐振電(diàn)路。

曲率R（〜0,67）与应力退火[5]所执行的磁导率无关，特征点位于HA〜1200A / m，以線(xiàn)性區(qū)域结束。示差磁导率的局部最大值在磁场强度為(wèi)1800 A / m时具有(yǒu)明显的峰值。放電(diàn)電(diàn)压為(wèi)70 V，Hc和Br分(fēn)别為(wèi)115 A / m和70 mT。