如何選用電子鎮(zhèn)流器磁性材料

   隨著科技高速的發(fā)展，電子鎮(zhèn)流器在節(jié)能燈中應(yīng)用非常廣泛。例如：霓虹燈在各大商場里得到廣泛的應(yīng)用，為提高它的質(zhì)量，其中電子式鎮(zhèn)流器是一個(gè)核心部件，因此磁心組件選擇必須符合電子式鎮(zhèn)流器的特點(diǎn)和要求。

1 外觀構(gòu)造形狀

電子式鎮(zhèn)流器中的磁心部件包括電感器與脈沖變壓器兩大類，所以必須合理選擇它的磁心組件。經(jīng)常用于脈沖變壓器的磁心結(jié)構(gòu)為環(huán)形較多些，常用規(guī)格如：T12*6*4，T9*5*3，10*6*4，T8*4*4等等； 在半橋電路中當(dāng)選用MOSFET管作開關(guān)時(shí)，磁環(huán)的內(nèi)徑要稍大些，以能纏繞足夠的圈數(shù)以得到足夠的電壓來驅(qū)動?xùn)艠O。EMI濾波電感、PFC升壓電感以及阻流器所用的磁心主要采用UU，EE，EI，PQ 等，適用35~100W電子式鎮(zhèn)流器使用的磁心型號較多，如EE19/16，E25，EF20，EF25，PQ26/20等等。當(dāng)今國內(nèi)已有很多家合資或獨(dú)資生產(chǎn)磁心材料的企業(yè)，品種型號也比較繁雜。在選用磁心時(shí)，應(yīng)把磁心的結(jié)構(gòu)與材料的材質(zhì)結(jié)合在一起考慮。規(guī)格型號相同但材質(zhì)不同的磁心，其特性差異相當(dāng)大。當(dāng)磁心材料材質(zhì)選定之后，結(jié)構(gòu)尺寸的大小則由燈管功率及電感值等參數(shù)來決定。

2 磁心材料材質(zhì)的選擇

不同的磁性材料有著不同的特性和不同的適用范圍。大體上軟磁鐵氧體可分為：錳鋅鐵氧體，鎳鋅鐵氧體，非晶及合金類，通常適用開關(guān)電源的軟磁鐵氧體有PC40，PC30，PC44等。由于鎳鋅鐵氧體材料初始磁導(dǎo)率較低（一般μi<1000）但是它的居里溫度較高，工作頻率0.1MHz以上。如FERRITE KING的FK1 TC達(dá)400℃，工作頻率達(dá)10-150MHz，而μi僅為10-20；相反N10J材料的μi達(dá)10000，但是TC約120℃，工作頻率也較低僅為100KHz，即使同是錳鋅（Mn-Zn）的材料，不同的材質(zhì)其性能也是相差很大，如表1列出了幾種常用錳鋅鐵氧體標(biāo)準(zhǔn)電氣特性。

當(dāng)電子鎮(zhèn)流器采用雙極型晶體管作為開關(guān)時(shí)，工作頻率達(dá)到55KHz；當(dāng)采用MOSFET管作為開關(guān)時(shí)，工作頻率最高可達(dá)150 KHz，絕大多數(shù)磁心材料都可以達(dá)到電子鎮(zhèn)流器的要求，電子鎮(zhèn)流器磁心材料的選擇應(yīng)重點(diǎn)考慮對磁心材料下列幾點(diǎn)方面的要求：

(1)居里溫度TC應(yīng)足夠高。因?yàn)殡娮?a href=../ie_link.asp?gjc=鎮(zhèn)流器 class="wz_rc">鎮(zhèn)流器特別是熒光燈罩殼內(nèi)溫度常達(dá)到80℃以上，磁心本身溫度可在90℃以上，如果磁心的居里溫度偏低，必然會使磁心自身的溫度接近居里溫度，導(dǎo)致初始磁導(dǎo)率μi、飽和磁通密度BS和電感值急劇下降及燈管的功率的猛增，致使電子鎮(zhèn)流器壽命縮短，因此為確保電子鎮(zhèn)流器罩殼內(nèi)的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于磁心的居里溫度，最好選用居里溫度TC>180℃的磁心材料。

(2)磁心的初始磁導(dǎo)率μi應(yīng)適中。磁心的初始導(dǎo)率μi有許多規(guī)格，從100~10000以上，對磁心組件初始磁導(dǎo)率的選取，必須滿足居里溫度TC的要求，一般磁導(dǎo)率μi在4000以上的材料，其居里溫度大多低于150℃，甚至低于130℃，而磁導(dǎo)率μi低于3000的材料居里溫度一般可達(dá)到180℃以上。因此選用μi2000~3000的磁心制作阻流圈等電感器是比較合適的。而對于脈沖變壓器磁環(huán)自身發(fā)熱較少，環(huán)境溫度一般會達(dá)到90℃，因而磁環(huán)的居里溫度適當(dāng)可以低些，磁導(dǎo)率盡可能要高些，以獲得足夠高的驅(qū)動信號以能推動晶體管迅速達(dá)到飽和。同時(shí)初始磁導(dǎo)率μi高些還可以減小繞組圈數(shù)，從而減小漏感和分布電容,有利于改善驅(qū)動信號波形。

(3)電阻率ρ應(yīng)比較高。當(dāng)工作頻率一定時(shí)，磁心材料的渦流損耗與電阻率成比反。為降低磁心組件的損耗，宜選用電阻率ρ高一些的磁心。磁心材料的電阻率大多在0.15~108Ω.m 之間，其中錳鋅鐵氧體材料的電阻率ρ一般在0.1~100Ω.m 之間。選用磁心材料的電阻率并非越高越好，而必須兼顧材料的其它特性。如鎳鋅N3L材料ρ雖然達(dá)到1*107Ω.m，但居里溫度太低(TC100℃)，這樣的材料是不適合在電子鎮(zhèn)流器中使用的，對于表1中幾種材質(zhì)的錳鋅鐵氧體材料當(dāng)只考慮到μi，TC，BS幾個(gè)參數(shù)指標(biāo)要求時(shí)，N2J，N3J材質(zhì)都可以選用，材料的電阻率最高（p6.5Ω.m）因而有較小的功率損耗。

(4)合適的溫度系數(shù)。 電子鎮(zhèn)流器中不同用途的磁性組件中要求有不同的溫度系數(shù)，對于脈沖變壓器磁環(huán)，要求具有負(fù)溫度系數(shù)，亦即其磁導(dǎo)率或線圈電感量隨溫度升高而下降。在從室溫到100℃變化時(shí)，功率開關(guān)晶體管的電流增益Hef隨溫度升高約增加10%~15%，集電極電流也隨著增大。在此溫度范圍內(nèi)只要磁環(huán)具有負(fù)溫度系數(shù)的磁導(dǎo)率，剛好與晶體管Hef的正溫度系數(shù)相抵消或大部份抵消，基本上保持平衡，從而則可保證電子鎮(zhèn)流器穩(wěn)定工作。

EMI濾波器中電感器的磁心組件，磁心線圈電感量受溫升影響應(yīng)盡可能小些，使L-T特性曲線在總體保持平直，否則，如果電感值隨溫度升高變化比較大，那么在室溫下已調(diào)試好的濾波效果也就會變差。

高頻扼流圈磁心，其磁導(dǎo)率μi最好具有正溫度系數(shù)，也就是說扼流圈的電感隨著溫度升高而增加，從而節(jié)能燈的功率隨溫度升高而減少，R2K的材料就具有這種溫度特性。毫無疑問，不論是扼流圈還是APFC升壓電感都最好選用負(fù)溫度系數(shù)的磁心。像μi R2.5k材料其功耗從25℃到80℃隨著溫度升高而減小，并且在80℃左右功耗最小，這類材料就比較符合要求。

對于磁性材料溫度系數(shù)即使不能完全滿意，至少應(yīng)能保證電感量和功耗等參數(shù)隨溫度升高變化量盡可能小一些。

(5)飽和磁通密度BS與磁滯回線。電子鎮(zhèn)流器中磁性組件應(yīng)具有較高的飽和磁通密度，一般要求BS ：450-550mT，以保證脈沖變壓器有足夠的驅(qū)動功率，防止高頻扼流圈或升壓電感因易進(jìn)入磁飽和而溫升加劇，若BS值選取過低就不能保證足夠高的居里溫度。

由于磁心的磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比，所以磁滯回線比較狹小的磁心對降低功耗是有利的，脈沖變壓器磁環(huán)必須具有近似矩形的磁滯回線，為保證在半橋逆變器的兩個(gè)晶體管能產(chǎn)生對稱的電流波形，要求磁環(huán)磁滯回線有較好的對稱性。

(6)磁心組件的測試，篩選和分檔。由于磁性組件出爐一段時(shí)間內(nèi)參數(shù)退化與衰減是比較嚴(yán)重的，如果馬上安裝在電子鎮(zhèn)流器，在過段時(shí)間之后就有可能不能正常工作。一般在磁心出爐一個(gè)月內(nèi)其自然減落比規(guī)格書的減落系數(shù)要大得多。只要保證磁心組件有不少于一個(gè)月的出爐存放時(shí)間，再對其進(jìn)行測試分檔，參數(shù)退化就較小。磁性組件在受震動，沖擊和壓擠之后也會引起特性參數(shù)的減落，所以對測試分檔好后的磁心應(yīng)避免加壓，沖擊和跌落，在搬運(yùn)和組裝過程中應(yīng)輕拿輕放。

當(dāng)今國產(chǎn)磁心的一致性較差，同一家同一批生產(chǎn)批次的產(chǎn)品，參數(shù)的離散也較大。因此對磁心必須進(jìn)行100%檢測篩選和分檔。例如一個(gè)脈沖變壓器磁環(huán)，在批量生產(chǎn)中如不進(jìn)行檢測篩選和分檔就裝機(jī)使用，有的電子鎮(zhèn)流器則不能產(chǎn)生振蕩，有的雖然可以啟動但很快就會出現(xiàn)故障。由于批量生產(chǎn)中磁心線圈數(shù)是固定的，因而對磁心的測試篩選和分檔工作是不可少的環(huán)節(jié)。