一種新型高頻大電流電感器的研究

1引言

　　電感作為儲能和濾波元件，在電子設備中被廣泛使用，隨著科學技術的發(fā)展，電感器越來越趨于小型化，體積重量要求越來越嚴格，尤其在航空航天電子設備中大量高頻大電流濾波電感，由于其電流大，安匝數高，且要求小體積，采用傳統(tǒng)的開氣隙方法，無法滿足設計要求。本文將介紹一種新型的高頻大電流小體積電感。

2電感器的制作

　　一般電感都是采用開氣隙方法提高恒磁范圍，恒磁范圍越大，其氣隙也越長，相應的導磁率也越低，要達到一定的電感量，必須增大鐵心的截面積和體積，下面是一個開氣隙電感的直流特性試驗，鐵心為非晶態(tài)，尺寸為25/45×20，氣隙為2mm，線圈34匝，測試數據如下：

表1開氣隙電感的直流特性

在30A時其電感量僅為0A時的25.3％，為了提高電感的抗飽和性能，我們在電感鐵心氣隙中加入一種恒磁材料，恒磁片的面積正好等于電感鐵心的截面積，厚度為2mm，然后將鐵心整體封裝，再在外面繞上線圈，做成電感。本研究所制作的電感均為25/45×20，氣隙為2mm，插入上述恒磁片，繞34匝線圈。恒磁材料的矯頑力（Hcb）高達8500Oe，最大磁能積為191kJ/m3，工作溫度為250℃。

3電感性能測試

3.1磁化曲線

　　通常電感的磁化曲線是對稱的，正負磁能積相等，而加入恒磁材料后，其正負磁能積就不相等了，如圖1所示：

　　從圖中我們可以看出，由于恒磁片的作用，使得磁滯回線發(fā)生偏移，當所加直流磁場與恒磁磁場方向一致時，此時，H凈磁場=H直流＋H恒磁，所以，磁心很快進入飽和，導磁率下降，電感量降低；當所加直流磁場與恒磁磁場相反時，H凈磁場=H直流－H恒磁，磁心不容易飽和，導磁率呈線性增長，電感量基本不變。這樣，就使得電感作為直流濾波元件使用時，只要使得電感的直流磁場與恒磁場相反，便可大大提高電感器的使用安匝數，提高抗飽和能力，使電感器得以小型化。

3.2直流偏置測試

　　將表1所測試的電感插入恒磁片后，再加工成成品電感，取三個成品作測試樣品，測試其直流特性如表2所示（測試儀表為HP4284A，測試頻率為1kHz）:

表2恒磁電感的直流特性

　　由上表可以看出電感器在10安培以后，其電感量極其恒定，至多只跌落4％，與不加恒磁片相比，抗飽和性能明顯改善。（由于設備原因，只測試到35A，1190AT，此時其磁場強度為142Oe）。

3.3溫度試驗及機械碰撞振動試驗

　　將上述電感經過－55℃、2h130℃、2hrs循環(huán)3次，然后測試直流偏置下其電感量變化情況，如表3所示。

對照表2表3中數據，我們可以看出，經過冷熱循環(huán)試驗后，電感器的電感量及抗飽和能力都沒有改變。

再將上述試驗樣品按軍用電子產品例行試驗要求進行試驗，試驗條件如下：表3冷熱沖擊后恒磁電感的直流特性

（1）隨機振動

15～250Hz0.04g2/Hz（g2/Hz:功率譜密度）

250～300Hz－4dB/oct（oct：倍頻程）

300～1000Hz0.025g2/Hz

1000～2000Hz－6dB/oct

正向1h

（2）碰撞試驗（GB/T15290—94）

　　50m/s2、11ms、正向1000次

經過隨機振動和碰撞試驗后，再測試電感器在直流偏置下的電感量變化情況，測試結果表明，電感器經過例行試驗，滿足軍用電子產品要求。

4結論

　　作為直流濾波使用的電感器，在磁心中插入恒磁材料可以極大地改善其性能，提高工作磁場強度，通過高低溫循環(huán)試驗和沖擊振動試驗，證明應用此項技術制作的電感鐵心滿足在航空航天設備中的使用要求，目前已經小批量給上海某單位提供產品，并成功地應用在航天設備中。