霓虹灯中电子镇流器磁性材料选择

     摘 要：本文简要介绍电子镇流器中的磁性材料的特性与选择，对在设计电子镇流器所用的磁心组件有一定的参考价值。

　　1 前言

　　随着社会的进步，科技高速的发展，大家都知道，霓虹灯在各大商场里得到广泛的应用，为提高它的质量，其中电子式镇流器是一个核心部件，因此磁心组件选择必须符合电子式镇流器的特点和要求。

　　2 外观构造形状

　　电子式镇流器中的磁心部件包括电感器与脉冲变压器两大类，所以必须合理选择它的磁心组件。经常用于脉冲变压器的磁心结构为环形较多些，常用规格如：T12*6*4，T9*5*3，10*6*4，T8*4*4等等； 在半桥电路中当选用MOSFET管作开关时，磁环的内径要稍大些，以能缠绕足够的圈数以得到足够的电压来驱动栅极。EMI滤波电感、PFC升压电感以及阻流器所用的磁心主要采用UU，EE，EI，PQ 等，适用35~100W电子式镇流器使用的磁心型号较多，如EE19/16，E25，EF20，EF25，PQ26/20等等。当今国内已有很多家合资或独资生产磁心材料的企业，品种型号也比较繁杂。在选用磁心时，应把磁心的结构与材料的材质结合在一起考虑。规格型号相同但材质不同的磁心，其特性差异相当大。当磁心材料材质选定之后，结构尺寸的大小则由灯管功率及电感值等参数来决定。

　　3 磁心材料材质的选择

　　不同的磁性材料有着不同的特性和不同的适用范围。大体上软磁铁氧体可分为：锰锌铁氧体，镍锌铁氧体，非晶及合金类，通常适用开关电源的软磁铁氧体有PC40，PC30，PC44等。由于镍锌铁氧体材料初始磁导率较低（一般μi<1000）但是它的居里温度较高，工作频率0.1MHz以上。如FERRITE KING的FK1 TC达400℃，工作频率达10-150MHz，而μi仅为10-20；相反N10J材料的μi达10000，但是TC约120℃，工作频率也较低仅为100KHz，即使同是锰锌（Mn-Zn）的材料，不同的材质其性能也是相差很大，如表1列出了几种常用锰锌铁氧体标准电气特性。

　　当电子镇流器采用双极型晶体管作为开关时，工作频率达到55KHz；当采用MOSFET管作为开关时，工作频率最高可达150 KHz，绝大多数磁心材料都可以达到电子镇流器的要求，电子镇流器磁心材料的选择应重点考虑对磁心材料下列几点方面的要求：

　　(1)居里温度TC应足够高。因为电子镇流器特别是荧光灯罩壳内温度常达到80℃以上，磁心本身温度可在90℃以上，如果磁心的居里温度偏低，必然会使磁心自身的温度接近居里温度，导致初始磁导率μi、饱和磁通密度BS和电感值急剧下降及灯管的功率的猛增，致使电子镇流器寿命缩短，因此为确保电子镇流器罩壳内的温度远远低于磁心的居里温度，最好选用居里温度TC>180℃的磁心材料。

　　(2)磁心的初始磁导率μi应适中。磁心的初始导率μi有许多规格，从100~10000以上，对磁心组件初始磁导率的选取，必须满足居里温度TC的要求，一般磁导率μi在4000以上的材料，其居里温度大多低于150℃，甚至低于130℃，而磁导率μi低于3000的材料居里温度一般可达到180℃以上。因此选用μi2000~3000的磁心制作阻流圈等电感器是比较合适的。而对于脉冲变压器磁环自身发热较少，环境温度一般会达到90℃，因而磁环的居里温度适当可以低些，磁导率尽可能要高些，以获得足够高的驱动信号以能推动晶体管迅速达到饱和。同时初始磁导率μi高些还可以减小绕组圈数，从而减小漏感和分布电容,有利于改善驱动信号波形。

　　(3)电阻率ρ应比较高。当工作频率一定时，磁心材料的涡流损耗与电阻率成比反。为降低磁心组件的损耗，宜选用电阻率ρ高一些的磁心。磁心材料的电阻率大多在0.15~108Ω.m  之间，其中锰锌铁氧体材料的电阻率ρ一般在0.1~100Ω.m 之间。选用磁心材料的电阻率并非越高越好，而必须兼顾材料的其它特性。如镍锌N3L材料ρ虽然达到1*107Ω.m，但居里温度太低(TC100℃)，这样的材料是不适合在电子镇流器中使用的，对于表1中几种材质的锰锌铁氧体材料当只考虑到μi，TC，BS几个参数指标要求时，N2J，N3J材质都可以选用，材料的电阻率最高（p6.5Ω.m）因而有较小的功率损耗。

　　(4)合适的温度系数。 电子镇流器中不同用途的磁性组件中要求有不同的温度系数，对于脉冲变压器磁环，要求具有负温度系数，亦即其磁导率或线圈电感量随温度升高而下降。在从室温到100℃变化时，功率开关晶体管的电流增益Hef随温度升高约增加10%~15%，集电极电流也随着增大。在此温度范围内只要磁环具有负温度系数的磁导率，刚好与晶体管Hef的正温度系数相抵消或大部份抵消，基本上保持平衡，从而则可保证电子镇流器稳定工作。

　　EMI滤波器中电感器的磁心组件，磁心线圈电感量受温升影响应尽可能小些，使L-T特性曲线在总体保持平直，否则，如果电感值随温度升高变化比较大，那么在室温下已调试好的滤波效果也就会变差。
高频扼流圈磁心，其磁导率μi最好具有正温度系数，也就是说扼流圈的电感随着温度升高而增加，从而节能灯的功率随温度升高而减少，R2K的材料就具有这种温度特性。毫无疑问，不论是扼流圈还是APFC升压电感都最好选用负温度系数的磁心。像μi R2.5k材料其功耗从25℃到80℃随着温度升高而减小，并且在80℃左右功耗最小，这类材料就比较符合要求。

　　对于磁性材料温度系数即使不能完全满意，至少应能保证电感量和功耗
等参数随温度升高变化量尽可能小一些。

　　(5)饱和磁通密度BS与磁滞回线。电子镇流器中磁性组件应具有较高的饱和磁通密度，一般要求BS ：450-550mT，以保证脉冲变压器有足够的驱动功率，防止高频扼流圈或升压电感因易进入磁饱和而温升加剧，若BS值选取过低就不能保证足够高的居里温度。

　　由于磁心的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比，所以磁滞回线比较狭小的磁心对降低功耗是有利的，脉冲变压器磁环必须具有近似矩形的磁滞回线，为保证在半桥逆变器的两个晶体管能产生对称的电流波形，要求磁环磁滞回线有较好的对称性。

　　(6)磁心组件的测试，筛选和分档。由于磁性组件出炉一段时间内参数退化与衰减是比较严重的，如果马上安装在电子镇流器，在过段时间之后就有可能不能正常工作。一般在磁心出炉一个月内其自然减落比规格书的减落系数要大得多。只要保证磁心组件有不少于一个月的出炉存放时间，再对其进行测试分档，参数退化就较小。磁性组件在受震动，冲击和压挤之后也会引起特性参数的减落，所以对测试分档好后的磁心应避免加压，冲击和跌落，在搬运和组装过程中应轻拿轻放。

　　当今国产磁心的一致性较差，同一家同一批生产批次的产品，参数的离散也较大。因此对磁心必须进行100%检测筛选和分档。例如一个脉冲变压器磁环，在批量生产中如不进行检测筛选和分档就装机使用，有的电子镇流器则不能产生振荡，有的虽然可以启动但很快就会出现故障。由于批量生产中磁心线圈数是固定的，因而对磁心的测试筛选和分档工作是不可少的环节。 

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