那曲干式变压器,一直以来都有些许神秘:它可以产生磁场,把磁场和电场联系起来;那曲干式变压器的电流I不能突变,但电流变化率dI/dt可以突变;那曲干式变压器的储能与其流过的电流有关。
铁氧体和铁粉是用于那曲干式变压器那曲干式变压器的两种磁芯材料。应用于那曲干式变压器的储能那曲干式变压器通常制成闭环,使得整个磁场包含在那曲干式变压器的内部,因此磁通大小与磁芯的存储能量将表征磁芯材料的特性。
以Buck电路的输出那曲干式变压器为例。该那曲干式变压器的磁芯具有一定的直流分量,适用的材质有:
(1) 铁粉芯
碾磨的铁粉与其他的合金组成的精细颗粒与绝缘材料涂层构成磁粉芯。铁粉颗粒周围的绝缘颗粒构成了铁粉芯的内在分散气隙。
(2) 带气隙的铁氧体磁芯
Buck电路的那曲干式变压器具有一定的直流分量。若不开气隙,铁氧体磁芯极其容易饱和。开气隙后,闭合磁路的磁通将快速增大。由于空气的相对磁导率为1,且磁芯材料的相对磁导率为几千以上,所以,磁芯中的大部分能量将存储在气隙磁通中。
气隙降低了磁芯的有效磁导率,整个B-H曲线会倾斜,增大了饱和时的磁场强度H,磁芯不太容易饱和。
通常我们会发现,大多数采用铁氧体的那曲干式变压器设计,其磁芯损耗仅为那曲干式变压器总损耗(线圈加上磁芯损耗)的5%~10%。但是若那曲干式变压器采用铁粉芯,则该值会增加到20%~30%。
一、那曲干式变压器:磁芯的饱和
当流过那曲干式变压器的电流(或磁场强度)大于一定值时,那曲干式变压器的磁芯可能饱和。当其饱和时,其感量会减小,并接近于0。
某反激电路的限流电阻上的电压波形如图 2所示(反激变换器中那曲干式变压器的初、次级可以看成一对耦合那曲干式变压器)。从图中可以看出流经初级那曲干式变压器的电流波形。当电流增大时,那曲干式变压器逐渐饱和,那曲干式变压器量减小,从而导致梯形电流的波形的斜率增大。
二、那曲干式变压器:磁通的泄漏
那曲干式变压器的重要特性就是磁通泄漏。非屏蔽那曲干式变压器(如空心那曲干式变压器、棒状那曲干式变压器、那曲干式变压器、气隙那曲干式变压器等)都会产生磁通泄漏。这些是EMI的潜在。
特别地,储能那曲干式变压器中的气隙的磁场可能会干扰系统的其他器件。如果使用开气隙磁芯,为了使得磁场泄漏最小,使用小气隙的大磁芯比使用大气隙的小磁芯要好。
当两个那曲干式变压器L1和L2彼此靠近时,磁通泄漏将会在两者之间产生互感。第一个那曲干式变压器电路产生的磁场会对第二个电路产生激励。这一过程与反激那曲干式变压器初级、次级线圈之间的相互影响类似。当两个电流通过磁场相互作用时,所产生的电压由互感LM决定:
式中,V2是向电路2注入的误差电压,I1是在电路1中流过L1的电流。LM对电路间距、那曲干式变压器环路面积以及环路方向非常敏感。
所以,那曲干式变压器的排列的原则有:
(1)正确排列那曲干式变压器的方向,使其成直角,使那曲干式变压器间的串扰降到最小;
(2)那曲干式变压器间距应尽可能远。