单片机开发电感设计的开发过程

2021-02-03

在电感设计等开发过程中，可能会出现许多问题。“某条磁化曲线的线性面积有多大？”，“软饱和度有多难？” 或“磁性成分的损耗有多大？” 没有答案，这些问题会不必要地减慢开发过程。

没有答案，这些问题会不必要地减慢开发过程。但是，要获得答案，需要去找具有“经验”的所谓“专家”。Bs＆T在这里以公开透明的方式提供答案，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饱和度，并且理想的磁性材料应具有线性区域，以在电路仿真中执行虚拟的电感设计。市场上有两种市场上可买到的具有相对较高饱和磁通密度和居里温度的固体材料，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。这些磁芯用途广泛，可提供所需水平的线性磁导率。可以将附加的横向磁退火用作后处理，以降低所谓的瑞利区域内的矫顽力。没有离散的气隙可确保均匀的热负荷，尤其是在长期激励期间。这使得这些内核极为可靠。

本文将分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

对于每个有芯电感器，（无论是金属合金粉末或快速凝固并经过应力退火的）电感器，（重新）磁化曲线都具有饱和并且限制了线性工作区域。差渗透率的滚降及其趋近饱和可以通过各向异性分布的宽度来表征，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线的每个特定电流幅度的磁导率差。

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信号交流激励和足够小的交流磁化强度来实现的，随着直流源对直流偏置的增加，特定的测量可提供增加的磁导率[4]，它非常灵敏，尤其是在“锐利”区域，接近饱和。由于无穷小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。

作为补充，BsT-Pulse可以在退磁曲线上快速传递差分电感[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，其工作原理描述如下：脉冲能量，存储在电容器中，以所需电压放电，被测器件和电容器形成LC谐振电路，全反向电流使能阻尼特性的表征以及瞬态大电流幅度将被测器件驱动到饱和状态。[4]在给定有效长度和横截面以及匝数的情况下，可以在数据处理的材料分析页面中找到脉冲振幅磁导率和退磁曲线。

可以相应地描述HK对H / Hm的进一步描述，HA处的高斯分布量化了滑落到饱和的刚度或所谓的“软度”。曲率为R的尖锐高斯分布，定义为线性工作区域终止处的场强与微分磁导率的局部最大值的比率。高的R数会区分饱和行为的硬度。[5] 

通过两个示例进行演示：

现在，我们选择了两个典型的商用示例，其中一个被测电感器（由Fuss EMV公司提供）由金属合金压粉磁芯构成，叠层形状为2片E6527，使用的材料为XFlux FeSi6.5 040 （由Mag-Inc公司制造），并用匝数为139的实心线绕制。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，用实心线绕制[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为1,6 T，计算为0,26。通过数据处理，初始磁导率为54，瑞利常数为0,125，Ms计算为1,2 MA / m，Néel常数为-5859焦耳。

电压电流衰减DUT

双极激发的BH曲线

用Rivas系数重建BH曲线（缩放部分）[6]

μπ，a与H IEEE389

Q系数ωLs/ Rs计算为0.08,6.5 ms和17 ms之间的插入损耗为3,285 dB

各向异性分布作为微分渗透率（绿色）[3] 

如图1所示，可以根据Rivas [6]重新构建BH曲线。

系数可以通过

可以通过的参数找到因子Ms，χ，λ和α。可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，可以直接从材料的材料相对磁导率中读取，也可以直接从数据表中读取，或者由DUT的DUT磁导率的初始差分磁导率获得；该女士是中号值时H-> INF。，因此定义为阻尼过程中的最大磁通密度，可以为Bs / Uo，将系数λ视为瑞利常数：  

电压电流衰减DUT

双极激发的BH曲线

各向异性分布作为微分渗透率（绿色）[3]

因此，通过Hc为磁通密度，右从脉冲测试，在最后的相邻交叉零点之间的读出时，被认为是视为尼尔常数，它是线性函数的截距MH 的ħ，定义为

并且曲线必须覆盖M = Ms时的点和点（Ht，Mt）Mt）。在此拟合练习中，将α选择为8000 A / m，然后还可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，快速固化为平面非晶带，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，人工电缆（0.5 m）中）缠绕在铁芯上，匝数为8。电感器正确连接在BsT-pulse micro的两个端子上，并用存储电容器制成LC谐振电路。

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，以线性区域结束。示差磁导率的局部最大值在磁场强度为1800 A / m时具有明显的峰值。放电电压为70 V，Hc和Br分别为115 A / m和70 mT。