電源中電磁元件的鐵心結(jié)構(gòu)

(a)柜形鐵心(b)橋式鐵心

表2鐵鎳鉬磁粉芯和高磁通鐵鎳磁粉芯恒磁范圍

7多功能鐵心（集成磁芯）

多功能鐵心結(jié)構(gòu)是指一種鐵心同時(shí)起變壓器和電抗器，變壓器和磁性開關(guān)等多種功能。庫克教授在提出庫克電路的同時(shí)，把這種多功能鐵心結(jié)構(gòu)稱為“集成磁芯”，意思是指它象半導(dǎo)體集成電路一樣，把幾種功能集成在一起。這個(gè)詞語“集成磁芯”，到現(xiàn)在一直有人在使用。但是，現(xiàn)在出現(xiàn)了利用與半導(dǎo)體集成電路工藝相類似的技術(shù)，制造薄膜式鐵心及其應(yīng)用的電磁元件，有的人稱為“微磁性器件”，有的人稱為“集成磁性器件”。因此，我認(rèn)為再使用集成磁芯就容易使人混淆，把兩種完全不同的鐵心結(jié)構(gòu)認(rèn)為是同一樣的東西，所以把原來的集成磁芯改稱為“多功能鐵心”。

其實(shí)，最早的多功能鐵心出現(xiàn)在鐵磁諧振穩(wěn)壓器中，包括一個(gè)變壓器和一個(gè)由磁分路組成的電抗器。恒壓變壓器是由鐵磁諧振穩(wěn)壓器發(fā)展而來的，鐵心也屬于多功能鐵心結(jié)構(gòu)。

常見的多功能鐵心結(jié)構(gòu)主要是平面布置的形式（圖9）。圖9（a）是一個(gè)變壓器和一個(gè)電抗器的鐵心結(jié)構(gòu)。圖9（b）是一個(gè)變壓器和兩個(gè)電抗器的鐵心結(jié)構(gòu)。圖10巧妙地采用兩種軟磁材料組成多功能鐵心結(jié)構(gòu)。圖10（a）外框鐵心采用高導(dǎo)磁合金材料，形成變壓器，中間采用低導(dǎo)磁材料形成電抗器。除了這種框形加中間柱結(jié)構(gòu)而外，還有圖10（b）的橋式多功能鐵心結(jié)構(gòu)，四個(gè)橋臂用高導(dǎo)磁材料，橋?qū)蔷€用低導(dǎo)磁材料或者開一個(gè)氣隙。

從20世紀(jì)80年代末開始，對(duì)由垂直形鐵心構(gòu)成的立體布置的多功能鐵心結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的人員越來越多。最早是有人把C形鐵心的一半轉(zhuǎn)90°而形成的，發(fā)現(xiàn)在沒轉(zhuǎn)90°的C形鐵心上的繞組之間仍存在變壓器功能，轉(zhuǎn)90°的C形鐵心上繞上一個(gè)繞組，可以通過電流激磁后，改變沒轉(zhuǎn)90°的C形鐵心上繞組的電感〔見圖11（a）〕。后來把鐵心去掉一些變成圖11（b），仍然具有這樣的功能。圖11（c）是把兩個(gè)變壓器和兩個(gè)可控電感組合在一起的多功能鐵心結(jié)構(gòu)。

圖11垂直形鐵心組成的多功能鐵心結(jié)構(gòu)

(a)一個(gè)C形鐵心轉(zhuǎn)90°可控電感(b)(a)的演變，可控電感

(c)二個(gè)變壓器與二個(gè)可控電感的組合

利用這種垂直形多功能鐵心結(jié)構(gòu)已經(jīng)研制開發(fā)出交流穩(wěn)壓電源、逆變電源、電壓諧振式和電流諧振式開關(guān)電源，具有可靠性高（主要是銅鐵材料）、可自動(dòng)無級(jí)調(diào)節(jié)、消除諧波好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，是值得繼續(xù)開發(fā)的一種特殊的鐵心結(jié)構(gòu)。

8結(jié)語

（1）各種軟磁材料由于使用領(lǐng)域不同，可以組成不同的鐵心結(jié)構(gòu)。在選取鐵心結(jié)構(gòu)時(shí)首先要注意能充分發(fā)揮軟磁材料的優(yōu)點(diǎn)，其次要注意工藝加工的復(fù)雜程度和材料的利用率，也就是成本。根據(jù)市場(chǎng)和用戶的要求綜合考慮，不能只注意性能一面而忽略成本和價(jià)格的另一面。

（2）任何鐵心結(jié)構(gòu)都各有其優(yōu)缺點(diǎn)，不能因?yàn)槠珢鄣戎饔^因素而抬高一種否定其它；也不能隨大流，由于大多數(shù)人反對(duì)，而對(duì)一種鐵心結(jié)構(gòu)采取絕對(duì)否定的態(tài)度。例如：有的人過分欣賞R形卷繞式鐵心結(jié)構(gòu)，不愿注意到這種鐵心結(jié)構(gòu)本身存在的一些問題。又例如：大多數(shù)人認(rèn)為120°布置三框式鐵心結(jié)構(gòu)不可能用在電源變壓器中去，但是已有人把它用于追求體積小的電源變壓器中，取得了良好效果。

（3）現(xiàn)在的鐵心結(jié)構(gòu)在低頻和中頻電源變壓器中發(fā)展比較成熟。在高頻電源變壓器中還有許多工作要做，那已經(jīng)不屬于立體式鐵心結(jié)構(gòu)范圍，而屬于平面式鐵心結(jié)構(gòu)和薄膜式鐵心結(jié)構(gòu)范圍。這兩種結(jié)構(gòu)正成為高頻電源變壓器的研究熱點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，高頻開關(guān)電源的高度，采用平面式鐵心結(jié)構(gòu)的變壓器在1995年還大于5mm，到1998年，采用低高度平面式鐵心結(jié)構(gòu)的變壓器，高頻開關(guān)電源的高度已在5mm～3mm之間。預(yù)測(cè)到2002年，采用薄膜式鐵心結(jié)構(gòu)的變壓器和集成工藝技術(shù)，把磁性元件、半導(dǎo)體器件和電容器集成在一個(gè)單片上，組成新型的單片式高頻開關(guān)電源，高度可低于3mm，甚至達(dá)到1mm。短短十年期間，就從立體式鐵心結(jié)構(gòu)跨越平面式鐵心結(jié)構(gòu)，發(fā)展到薄膜式鐵心結(jié)構(gòu)，發(fā)展之迅速使人驚嘆不已！

（4）在利用多功能鐵心結(jié)構(gòu)，開發(fā)性能獨(dú)特的直流和交流電源方面，日本索尼公司的一些人員不隨大流，堅(jiān)持研究垂直型多功能鐵心結(jié)構(gòu)，而取得了有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果。這種創(chuàng)新精神和堅(jiān)韌不拔的努力，給我們一個(gè)很好的啟示。希望我國(guó)的電源技術(shù)工作者能夠開發(fā)出有自己特色的產(chǎn)品，在電源技術(shù)新領(lǐng)域中占有一席之地。