超微晶合金在全波形高压隔离脉冲变压器中的应用

摘 要: 文章介绍了全波形高压隔离脉冲变压器对铁芯材料的要求及低超微晶合金的高频损耗和脉冲磁性能，并简单讲述了应用实例和试验情况
[关键词] 全波形 高压隔离 浮动板 超微晶

一、 引 言
超微晶合金是八十年代末期开发出的一种新型软磁材料，它具有高的磁通密度，低的高频损耗和高的磁导率，是目前公认的综合性能最好的软磁材料，已在开关电源变压器、高灵敏度电流互感器、高频扼流圈和脉冲变压器等器件中得到应用。
全波形高压隔离脉冲变压器是浮动板调制器中的重要器件，要求变换的脉冲宽度从上百毫安微秒到上百微秒，脉冲重复频率从几百周到上千周，隔离直流高压在几千伏到几十千伏，并要求输出脉冲波形失真小及体积小、重量轻。设计选用了低 超微晶铁芯，已在几个产品中应用，均取得了十分满意的结果，

二、变压器对铁芯材料的要求
从脉冲变压器的理论分析和实践证明，铁芯是脉冲变压器的核心，其磁性能指标直接影响着脉冲变压器的性能，全波形高压隔离脉冲变压器要求变换的脉冲宽度、脉冲重复频率的范围很宽，即要适应窄脉冲、高脉冲重复频率的工作状态，又要适应宽脉冲的工作，并且要求输出脉冲波形的前沿和顶部失真小。因此，这种脉冲变压器要求铁芯具有二高一低的磁特性，即磁通密度增量△B值高，脉冲磁导率高及脉冲损耗低。
理论和实践表明，要设计出脉冲前沿和顶降小的脉冲变压器，磁通密度增量DB值与它对应的脉冲磁导率值是十分重要的参量，是设计全波形高压隔离脉冲变压器的关键数据。要减小输出脉冲波形的前沿失真，必须要使漏感和分布电容的乘积减小，减小漏感和分布电容的方法除改变绕组型式外，最有效最简单的方法是提高△B值，以减少绕组匝数，使脉冲前沿失真减小，从脉冲前沿与△B值的关系式可以十分清楚地说明这一点。
(1)
式中：K——为与脉冲变压器结构有关的系数
——为初级脉冲电压
——为脉冲宽度
从（1）式可以清楚的看出，和是给定的指标要求，当铁芯截面积和系数K一定时，磁通密度增量△B值越高，则脉冲前沿越小，当脉冲前沿保持基本不变时，△B越高，则铁芯截面积可以得到减小，从而减小了脉冲变压器的体积。
在脉冲顶部，对脉冲平顶发生作用的参数只有励磁电感，负载阻抗和脉冲源内阻，从脉冲顶部瞬态特性推倒出的顶部降落计算公式为：
(2)
式中： ——为励磁电感
——为脉冲源内阻
，——折合到初级的负载阻抗
从（2）式表明，脉冲顶部降落与励磁电感 成反比。而励磁电感与脉冲磁导率成正比，在其他条件相同的情况下，当脉冲磁导率越高，则顶降越小，反冲也越小。
温升是一个很重要的考核指标。是设计脉冲变压器的成败关键，只要温升超过允许值，设计即告失败。由于全波形高压隔离脉冲变压器要工作在窄脉冲、高脉冲重复频率的状态，铁损是产生温升的主要因素，所以要求铁芯具有低的高频损耗。
三、 低超微晶合金的磁性能
低 超微晶合金具有优异的直流磁性能，低的高频损耗和很好的脉冲磁性能，并且，磁稳定性和热稳定性均较好，因此，引起了冶金部门和工程应用部门的极大关注。应用范围不断扩大。
3.1直流磁性能
1、饱和磁通密度 =12000~13000GS
2、时磁通密度 =11000~11800GS
3、剩余磁通密度=500~1500GS
4、矫顽力 =6~15moe
5、初始磁导率 =(6~14)×GS/oe
3.2高频损耗
低超微晶 合金的高频损耗小，与低钴基非晶相当，但比低铁基非晶合金和1J792小得多，表1为这几种合金材料的高频损耗数值。

3.3脉冲磁性能低微晶合金的脉冲磁性能特别优异，其磁通密度增量△B值和对应的脉冲磁导率极高，优于其他软磁合金，表2和表3分别给出了1和40两种脉冲宽度下的脉冲磁性能。


四、应用实例
4.1比较试验
为了验证低超微晶合金在中小功率脉冲变压器中应用的优越性，在自搭的脉冲电路中对低超微晶铁芯，低钴基非晶铁芯和1J792铁芯进行了脉冲性能试验，证明低超微晶合金具有明显的优势，具体测试数据列于表4。

4.2应用实例
例如，某全波形高压隔离脉冲变压器要求同时变换开启和截尾脉冲，开启主脉冲从0.2—40，截尾脉冲1，脉冲重复频率从400Hz—200KHz ，次级输出为二组脉冲，输出脉冲幅度为6.2V，隔离直流高压25KV，要求输出脉冲在1KΩ负载下，前沿小于20ns，后沿小于60ns。40 脉冲时顶降小于3%，设计采用了 Φ20×32×10 的低超微晶铁芯，各项指标达到了电路的要求，工作稳定可靠，突破了一般常规脉冲变压器的范畴，实现了全波形、高脉冲重复频率的要求，并具有体积小，重量轻、波形失真小和隔离电压高等特点。

五、结束语
低超微晶在脉冲并要求中的应用，主要是和1J512、1J6721、钴基非晶合金及铁氧体竞争，由于低超微晶合金的脉冲磁性能最好，是做全波形高压隔离脉冲变压器最好的铁芯材料。实践证明，应用其他低软磁合金铁芯，均达不到电路的高指标要求。


参考文献
1、[日]小柴典居ハルストランス ヒ应用回路 昭和44年
2、低剩磁低损耗超微晶软磁材料的研究和应用
首钢总公司冶金研究院鉴定资料 1991年
3、张延忠 高起始磁导率低矫顽力低铁损铁基微晶合金研究
上海钢铁研究所鉴定资料 1992年