一种新型高频大电流电感器的研究

ResearchofaNovelHigh－frequencyHeavyCurrentInductor

1引言

　　电感作为储能和滤波元件，在电子设备中被广泛使用，随着科学技术的发展，电感器越来越趋于小型化，体积重量要求越来越严格，尤其在航空航天电子设备中大量高频大电流滤波电感，由于其电流大，安匝数高，且要求小体积，采用传统的开气隙方法，无法满足设计要求。本文将介绍一种新型的高频大电流小体积电感。

2电感器的制作

　　一般电感都是采用开气隙方法提高恒磁范围，恒磁范围越大，其气隙也越长，相应的导磁率也越低，要达到一定的电感量，必须增大铁心的截面积和体积，下面是一个开气隙电感的直流特性试验，铁心为非晶态，尺寸为25/45×20，气隙为2mm，线圈34匝，测试数据如下：

表1开气隙电感的直流特性

0A

10A

20A

28.5A

30A

251μH

223μH

164.9μH

109μH

63.6μH

在30A时其电感量仅为0A时的25.3％，为了提高电感的抗饱和性能，我们在电感铁心气隙中加入一种恒磁材料，恒磁片的面积正好等于电感铁心的截面积，厚度为2mm，然后将铁心整体封装，再在外面绕上线圈，做成电感。本研究所制作的电感均为25/45×20，气隙为2mm，插入上述恒磁片，绕34匝线圈。恒磁材料的矫顽力（Hcb）高达8500Oe，最大磁能积为191kJ/m3，工作温度为250℃。

3电感性能测试

3.1磁化曲线

　　通常电感的磁化曲线是对称的，正负磁能积相等，而加入恒磁材料后，其正负磁能积就不相等了，如图1所示：

　　从图中我们可以看出，由于恒磁片的作用，使得磁滞回线发生偏移，当所加直流磁场与恒磁磁场方向一致时，此时，H净磁场=H直流＋H恒磁，所以，磁心很快进入饱和，导磁率下降，电感量降低；当所加直流磁场与恒磁磁场相反时，H净磁场=H直流－H恒磁，磁心不容易饱和，导磁率呈线性增长，电感量基本不变。这样，就使得电感作为直流滤波元件使用时，只要使得电感的直流磁场与恒磁场相反，便可大大提高电感器的使用安匝数，提高抗饱和能力，使电感器得以小型化。

3.2直流偏置测试

　　将表1所测试的电感插入恒磁片后，再加工成成品电感，取三个成品作测试样品，测试其直流特性如表2所示（测试仪表为HP4284A，测试频率为1kHz）:

表2恒磁电感的直流特性

样品号

直流偏置

0A

10A

20A

25A

30A

35A

2＃(μH)

136.1

201.9

205.3

202.4

201.6

200.3

19＃(μH)

102.8

200.3

204.5

202.4

200.2

198.2

8＃(μH)

124.5

204.2

209.3

206.3

205.4

202.1

　　由上表可以看出电感器在10安培以后，其电感量极其恒定，至多只跌落4％，与不加恒磁片相比，抗饱和性能明显改善。（由于设备原因，只测试到35A，1190AT，此时其磁场强度为142Oe）。

3.3温度试验及机械碰撞振动试验

　　将上述电感经过－55℃、2h130℃、2hrs循环3次，然后测试直流偏置下其电感量变化情况，如表3所示。

对照表2表3中数据，我们可以看出，经过冷热循环试验后，电感器的电感量及抗饱和能力都没有改变。

再将上述试验样品按军用电子产品例行试验要求进行试验，试验条件如下：表3冷热冲击后恒磁电感的直流特性

样品号

直流偏置

0A

10A

20A

25A

30A

35A

2＃(μH)

132.1

200.2

204.5

202.0

201.4

199.6

19＃(μH)

100.6

199.2

204.1

202.3

200.7

199.2

8＃(μH)

132.1

200.1

204.5

203.4

201.6

200.1

（1）随机振动

15～250Hz0.04g2/Hz（g2/Hz:功率谱密度）

250～300Hz－4dB/oct（oct：倍频程）

300～1000Hz0.025g2/Hz

1000～2000Hz－6dB/oct

正向1h

（2）碰撞试验（GB/T15290—94）

　　50m/s2、11ms、正向1000次

经过随机振动和碰撞试验后，再测试电感器在直流偏置下的电感量变化情况，测试结果表明，电感器经过例行试验，满足军用电子产品要求。

4结论

　　作为直流滤波使用的电感器，在磁心中插入恒磁材料可以极大地改善其性能，提高工作磁场强度，通过高低温循环试验和冲击振动试验，证明应用此项技术制作的电感铁心满足在航空航天设备中的使用要求，目前已经小批量给上海某单位提供产品，并成功地应用在航天设备中。

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