飽和インダクタとは、ヒステリシスループの角形比が高く、初透磁率が高く、保磁力が小さく、磁気飽和点が明確なインダクタです。
電子回路における制御可能な遅延スイッチング素子としてよく使用されます。そのユニークな物理的特性により、高周波スイッチング回路に使用できます。
ソーススイッチングノイズ抑制、大電流出力補助回路電圧安定化、移相フルブリッジコンバータ、共振コンバータ、インバータ電源など
ますます広く使用されるようになりました。
まず、 飽和インダクタの分類
1. 飽和インダクタの分類
飽和インダクタは、自己飽和と制御可能な飽和の XNUMX つのカテゴリに分類できます。
1.1 自己飽和インダクタンス
そのインダクタンスは、そこを通過する電流の量に応じて変化します。図 1(a) に示すように、コアの磁気特性が理想的 (たとえば、長方形) の場合、飽和インダクタは「スイッチ」のように機能します。つまり、巻線に流れる電流が小さく、コアは飽和しており、巻線インダクタンスは非常に小さいです。
巻線の電流が大きい場合、コアは飽和し、巻線のインダクタンスは小さくなります。これは、スイッチの「短絡」に相当します。
1.2 制御可能な飽和インダクタンス
制御可能な可飽和リアクトルとしても知られ、その基本原理は、鉄心による AC コイルの DC 励磁の作用下で、AC と DC の同時励磁により、局所的な磁気に従って鉄心の状態が変化することです。 1 周期内でループするため、鉄心の等価値が変化します 透磁率とコイルのインダクタンスコアの磁気特性が理想的 (B-H 特性が長方形である) の場合、制御可能な飽和インダクタンスは「制御可能なスイッチ」に似ています。スイッチング電源では、制御可能な飽和インダクタを適用すると、サージを吸収し、スパイクを抑制し、発振を排除し、高速回復整流器と直列に接続した場合の整流器損失を低減できます。図 XNUMX(b) に示すように、制御可能な飽和インダクタは、高いヒステリシス ループ角型比 (Br/Bs)、高い初透磁率 μi、低い保磁力 Hc、および明らかな磁気飽和点 (A、B ) を備えています。ヒステリシスループに囲まれた面積が小さいため、周波数ヒステリシス損失は小さくなります。このため、アプリケーションにおける制御可能な飽和インダクタの XNUMX つの顕著な特徴は次のとおりです。
1) 飽和磁界強度が非常に小さいため、可飽和インダクタのエネルギー蓄積容量は非常に弱く、エネルギー蓄積インダクタとして使用することはできません。
可飽和インダクタの最大蓄積エネルギー Em の理論値は式 (1) で表すことができます。
Em=μVH2/2 （1）
式中: μ は臨界飽和点透磁率です。
H は臨界飽和点における磁場の強さです。
V は磁性材料の有効体積です。
2) 可飽和インダクタは初透磁率が高いため、外部電圧印加時の磁気抵抗が小さく、インダクタンス係数およびインダクタンスが大きくなります。
のとき、インダクタ内の初期電流はゆっくりと増加し、Δt 遅れて初めてインダクタ コイル内の電流が特定の値に達すると、
可飽和インダクタはすぐに飽和するため、回路内で制御可能な遅延スイッチング素子としてよく使用されます。
（ア）理想的な磁気特性 B=f(H) (b) 可飽和インダクタの B=f(H)
図1 飽和インダクタのB-H特性
第二に、飽和インダクタのスイッチング電源への応用
2.1 スパイクサプレッサー
スイッチング電源におけるピーク干渉は主に、電源スイッチ管と二次側整流ダイオードのターンオンおよびターンオフの瞬間から発生します。容量がある
飽和しやすく、エネルギー貯蔵能力が弱いなどの特性を備えた飽和インダクタは、このスパイク干渉を効果的に抑制できます。飽和インダクタと整流ダイオードを直列に接続します
電流上昇時はハイインピーダンスとなりピーク電流を抑え、飽和後は飽和インダクタンスが非常に小さく損失が小さくなります。
この可飽和リアクトルは通常、スパイク抑制装置として使用されます。
在图2所示电路中，当S1导通时，D1导通，D2截至，由于可饱和电感Ls的限流作用，D2中流过的反向恢复电流的幅值和变化率都会显著减小，从而有效地抑制了高频导通噪声的产生。当S1关断时，D1截至，D2导通，由于Ls存在着导通延时时间Δt，这将影响D2的续流作用，并会在D2的负极产生负值尖峰电压。为此，在电路中增加了辅助二极管D3和电阻R1。
図2 スパイクサプレッサーの適用例
2.2 磁気増幅器
磁気アンプは、制御可能な飽和インダクタの伝導遅延の物理的特性を使用して、スイッチング電源のデューティ サイクルと出力電力を制御します。
スイッチング特性は出力回路のフィードバック信号によって制御されます。つまり、磁気コアのスイッチング機能を利用して、微弱な信号で電圧パルスを実現します。
出力電圧の安定性を実現するパルス幅制御。適切なサンプリングおよび制御デバイスを制御可能な飽和インダクタに追加して、その伝導を調整します
遅延時間により、最も一般的な磁気増幅器の電圧安定化回路を形成できます。
磁気アンプの電圧安定化回路には電圧型制御と電流型制御の3種類があります。図 XNUMX に電圧型リセット回路を示します。
電圧検出および誤差増幅回路、リセット回路および制御出力ダイオード D3 は、単一の閉ループ電圧調整システムです。
図3 磁気アンプ電圧型リセット電圧安定化回路
図 4 は、位相シフトされたフルブリッジ ZVS-PWM スイッチング電源磁気アンプ レギュレータを示しています。フルブリッジスイッチング回路トランス二次二重半波
各整流器は磁気増幅器 SR に接続されており、そのコアには動作巻線と制御巻線が巻かれています。正の半サイクルでは、出力整流器が順バイアスされている場合
(もう一方の出力整流管は逆バイアスされます)、トランスの二次側からの方形波パルス出力が対応する動作巻線に追加され、SR コアが順方向になります。
磁化（磁化）; 負の半サイクルでは、出力整流器は逆バイアスされ、制御巻線と直列に接続されたダイオード D3 は順バイアスされて導通します。DC 制御電流 Ic の作用下で、SR のコアは消磁（リセット）されます。
図 4 位相シフトされたフルブリッジ ZVS-PWM スイッチング電源磁気アンプ レギュレータ
制御回路の動作原理は、スイッチング電源の出力電圧を基準電圧と比較した後、誤差増幅によりMOS管のゲートを制御するというものです。
ＭＯＳ管は、出力電圧に関連する磁気増幅器ＳＲの制御電流Ｉｃを供給する。
2.3 位相シフトフルブリッジ ZVS-PWM コンバータ
位相シフトフルブリッジ ZVS-PWM コンバータは、ゼロ電圧スイッチング擬似共振技術と従来の PWM 技術の利点を組み合わせています。動作周波数は固定されています。転流プロセス中に LC 共振を使用してデバイスをゼロ電圧にします。転流完了後もそのままの状態でエネルギーを伝達するPWM技術を採用しており、制御が簡単でスイッチング損失が小さく信頼性が高く、大?中電力スイッチング電源に適したソフトスイッチング回路です。ただし、負荷が非常に軽い場合、特にラギングアームスイッチチューブの ZVS 条件を満たすのは困難です。飽和インダクタを移相フルブリッジ ZVS-PWM コンバータの共振インダクタとして使用すると、軽負荷時の ZVS 条件を満たすスイッチング電源の範囲を拡大できます。アーク溶接インバータ電源に適用することで、追加のループエネルギーの損失と実効デューティサイクルを削減でき、効率の確保に基づいて、ゼロ電圧スイッチングの負荷範囲を拡大し、ソフトスイッチングアーク溶接インバータ電源の性能を向上させます。供給と信頼性。
飽和インダクタをスイッチング電源の絶縁トランスの二次出力整流器と直列に接続すると、二次寄生発振を排除し、循環エネルギーを削減し、移相フルブリッジ ZVS-PWM スイッチング電源のデューティ サイクル損失を最小限に抑えることができます。 。さらに、位相シフトフルブリッジZVS-PWMスイッチング電源トランスには飽和インダクタとコンデンサが直列に接続されており、スーパーフォアアームスイッチ管はZVSに従って動作し、負荷電流がゼロに近づくとインダクタンスが増加し、電流の反転を防止 この変更により、ラギング アーム スイッチ管の ZCS 状態が作成され、位相シフトされたフルブリッジ ZV-ZCSPWM コンバータが実現されます。
2.4 共振コンバータ
直列インダクタまたは飽和インダクタを使用した直列共振コンバータを図 5 に示します。共振インダクタ電流が連続動作する場合
この状態では、スイッチ管はゼロ電圧/ゼロ電流でオフになりますが、オンしにくくなり、ターンオン損失が発生します。逆並列ダイオードは自然に開いています
ON ですが、OFF 時に逆回復電流が流れるため、逆並列ダイオードにはファストリカバリダイオードを使用する必要があります。スイッチングチューブを減らすために
ターンオン損失が低減されてゼロ電流ターンオンが実現されるため、スイッチ管をインダクタまたは飽和インダクタと直列に接続できます。スイッチ管がオンになる前に、飽和電力が
センス電流はゼロです。スイッチ管がオンになると、飽和インダクタンスがスイッチ管の電流上昇率を制限し、スイッチ管電流がゼロからゆっくりと上昇するため、スイッチ管のゼロ電流ターンオンが達成され、同時にターンオフが改善されます。ダイオードの状態を修正し、逆回復の問題を排除します。
2.5 インバータ電源
インバータ電源は、その優れた制御性能、高効率、小型などの利点により、自動制御、パワーエレクトロニクスなどに広く使用されています。
精密機器やその他の側面。そのパフォーマンスはシステム全体の品質、特に電源の動的パフォーマンスに密接に関係しています。なぜなら
インバータ電源自体の特性や動特性は決して理想的なものではありません。 PWM および PFM によって制御されるインバータ電源の動作原理により、滑らかな電流および電圧波形を得るには出力回路にフリーホイール インダクタを追加する必要があり、このインダクタがインバータの動的性能に影響を与える主な要因となります。インバーター電源。定電圧源の場合、インダクタ電流は負荷に完全に反比例しますが、制御可能な定電流源の場合、インダクタ電流を小さい値から大きい値に変化させるには、小さい負荷値を前提とする必要があります。完全に一致しているわけではありませんが、電流の変化は負荷の変化をある程度反映していると言えます。したがって、インバータ電源の出力インダクタとして電流の増加に伴って減少するインダクタを使用すると、電源出力回路の時定数TをRに完全に反比例(T=L/R)して実質的に変化させることができ、変動範囲内で比較的小さな値を維持すると、動的パフォーマンスが自然に向上します。
