單片機開發電感設計的開發過程

2021-02-03

在電感設計等開發過程中，可能會出現許多問題。“某條磁化曲線的線性面積有多大？”，“軟飽和度有多難？” 或“磁性成分的損耗有多大？” 沒有答案，這些問題會不必要地減慢開發過程。

沒有答案，這些問題會不必要地減慢開發過程。但是，要獲得答案，需要去找具有“經驗”的所謂“專家”。Bs＆T在這里以公開透明的方式提供答案，數據和確切數字。

高功率密度和高效率是磁性元件的兩個主要技術要求。每種軟磁性材料都具有飽和度，并且理想的磁性材料應具有線性區域，以在電路仿真中執行虛擬的電感設計。市場上有兩種市場上可買到的具有相對較高飽和磁通密度和居里溫度的固體材料，它們是“金屬合金壓粉磁芯”和“應力退火金屬-準金屬帶繞制磁芯”。

金屬合金壓粉磁芯由高滲透性金屬顆粒組成，夾雜物隔離。這些磁心在宏觀上是同質的，并且是各向同性的[1]。另一方面，金屬-準金屬帶纏繞的芯在帶方向上結合了單軸各向異性和受控拉伸應力而被快速固化和退火。這些磁芯用途廣泛，可提供所需水平的線性磁導率?？梢詫⒏郊拥臋M向磁退火用作后處理，以降低所謂的瑞利區域內的矯頑力。沒有離散的氣隙可確保均勻的熱負荷，尤其是在長期激勵期間。這使得這些內核極為可靠。

本文將分析測量飽和滾降的挑戰，并介紹試圖解決該問題的BsT脈沖。我們將提供兩個常見示例的案例研究，并在技術上討論所提出的解決方案。

量化飽和度柔軟度的挑戰和解決方案

對于每個有芯電感器，（無論是金屬合金粉末或快速凝固并經過應力退火的）電感器，（重新）磁化曲線都具有飽和并且限制了線性工作區域。差滲透率的滾降及其趨近飽和可以通過各向異性分布的寬度來表征，該寬度由Baradiaran方法確定[3]。

p（HK）=-H d ^ 2J / dH ^ 2

根據定義，B和H的第二個偏差是沿著退磁曲線的每個特定電流幅度的磁導率差。

對于這種低磁導率材料的當前驗證方法是在給定頻率下通過小信號交流激勵和足夠小的交流磁化強度來實現的，隨著直流源對直流偏置的增加，特定的測量可提供增加的磁導率[4]，它非常靈敏，尤其是在“銳利”區域，接近飽和。由于無窮小的交流間隔得到系統地增強，因此隨著直流偏置的增加，壓降也隨之增加。IEC 62024第2版給出了增量磁導率的原理描述，以及這種測量的操作難度。但是，關于數量的測量條件的描述被忽略了。

作為補充，BsT-Pulse可以在退磁曲線上快速傳遞差分電感[1]，直接且不受工作條件的影響。磁導率差也是如此。

BsT脈沖微控制器基于晶閘管技術，其工作原理描述如下：脈沖能量，存儲在電容器中，以所需電壓放電，被測器件和電容器形成LC諧振電路，全反向電流使能阻尼特性的表征以及瞬態大電流幅度將被測器件驅動到飽和狀態。[4]在給定有效長度和橫截面以及匝數的情況下，可以在數據處理的材料分析頁面中找到脈沖振幅磁導率和退磁曲線。

可以相應地描述HK對H / Hm的進一步描述，HA處的高斯分布量化了滑落到飽和的剛度或所謂的“軟度”。曲率為R的尖銳高斯分布，定義為線性工作區域終止處的場強與微分磁導率的局部最大值的比率。高的R數會區分飽和行為的硬度。[5] 

通過兩個示例進行演示：

現在，我們選擇了兩個典型的商用示例，其中一個被測電感器（由Fuss EMV公司提供）由金屬合金壓粉磁芯構成，疊層形狀為2片E6527，使用的材料為XFlux FeSi6.5 040 （由Mag-Inc公司制造），并用匝數為139的實心線繞制。另一種是應力退火細化型納米晶Fe73.5Si13B9Nb3Cu1帶繞芯（由北京AmorNano公司提供）。

1.金屬合金壓粉磁芯XFlux R?0.26

將金屬合金顆粒壓實并退火，用實心線繞制[1]

特征點位于HA?13000A / m，差磁導率（從?54開始）結束于13000 A / m，在50000 A / m處看到的飽和磁通密度為1,6 T，計算為0,26。通過數據處理，初始磁導率為54，瑞利常數為0,125，Ms計算為1,2 MA / m，Néel常數為-5859焦耳。

電壓電流衰減DUT

雙極激發的BH曲線

用Rivas系數重建BH曲線（縮放部分）[6]

μπ，a與H IEEE389

Q系數ωLs/ Rs計算為0.08,6.5 ms和17 ms之間的插入損耗為3,285 dB

各向異性分布作為微分滲透率（綠色）[3] 

如圖1所示，可以根據Rivas [6]重新構建BH曲線。

系數可以通過

可以通過的參數找到因子Ms，χ，λ和α?？梢酝ㄟ^的參數找到因子Ms，χ，λ和α。

首先，χ實際上是材料的相對磁導率，可以直接從材料的材料相對磁導率中讀取，也可以直接從數據表中讀取，或者由DUT的DUT磁導率的初始差分磁導率獲得；該女士是中號值時H-> INF。，因此定義為阻尼過程中的最大磁通密度，可以為Bs / Uo，將系數λ視為瑞利常數：  

電壓電流衰減DUT

雙極激發的BH曲線

各向異性分布作為微分滲透率（綠色）[3]

因此，通過Hc為磁通密度，右從脈沖測試，在最后的相鄰交叉零點之間的讀出時，被認為是視為尼爾常數，它是線性函數的截距MH 的?，定義為

并且曲線必須覆蓋M = Ms時的點和點（Ht，Mt）Mt）。在此擬合練習中，將α選擇為8000 A / m，然后還可以根據脈沖測試數據計算出α。

2.應力退火帶繞納米晶核R 0,67

Finemet型納米復合材料以錠料制成，快速固化為平面非晶帶，在應變載荷下通過連續窯脫粒，再卷回到膠帶繞芯中，整個過程自動進行，然后裝在塑料蓋，人工電纜（0.5 m）中）纏繞在鐵芯上，匝數為8。電感器正確連接在BsT-pulse micro的兩個端子上，并用存儲電容器制成LC諧振電路。

曲率R（?0,67）與應力退火[5]所執行的磁導率無關，特征點位于HA?1200A / m，以線性區域結束。示差磁導率的局部最大值在磁場強度為1800 A / m時具有明顯的峰值。放電電壓為70 V，Hc和Br分別為115 A / m和70 mT。