磁芯模拟电路

发布时间：

2023-08-21

磁芯模拟电路

一个含磁芯线圈的模拟电路 , 该电路利用电容来获得对电流的积分从而间接得到磁通量的值。V corei 和 V coreo 端口分别为线圈的输入输出端。图中大括号中的取值由图中左上角方框中的参数决定的。假设一个正弦电压信号 V i 由 V corei 输入 , 电压控制电流源 G 1 [2] 产生电流 I g 流经右侧的回路 , 数值大小与 V i 相同。电阻 R X 非常大 , 可忽略流过它的电流 , 则电流 I g 全部流过积分电容 C B 。由电容的定义可得令 C B 的电容值为 1F , 则 flux 2 out 处电压 V B 的数值等于 I g 对时间的积分 , 因为在数值上 I g 与 V i 相同 ,所以 V B 在数值上等于输入电压 V i 对时间的积分 , 即磁芯中的磁通量 Φ 。

电压控制电压源 E 1 右侧的电路是一个由通量控制电流的开关回路。参数 K zoom 是比例放大系数 ; V sec 是用 Wb 表示的磁芯所能达到的最大磁通量变化ΔΦ = 2 Φ max 。 E 1 右侧的电压 V E = V B K zoom , 当 - V P < V E <V N , 即磁芯中的通量在 - Φ max 和Φ max 之间时 , 二极管 D 1 和 D 2 都不导通 , 回路阻抗为 R B ; 当 V E > V N 或 V E <- V P 时 ,D 1 和 D 2 总有一个会导通 , 回路阻抗为 R S ( R S ν R B ) 。电流控制电流源 F 1 将通过 R B 和 R S 的总电流 I e 反映在线圈的两个端点 V corei 和 V coreo 上 , 成为通过线圈的电流并反过来影响线圈两端的电压。

在数值上 , R B 和 R S 两端电压 V E 为线圈两端电压 V i 积分值 Φ的 K zoom 倍 , 由公式(2) ,流经线圈的电流i L = Φ / L , 所以当 R B = L mag K zoom , R S = L sat K zoom 时 , i L 正好为实际线圈在磁芯磁化和饱和时对应的电流。可以看出 , K zoom 的取值不会影响 i L 的大小 , 只起到在开关回路中放大 V B 信号的作用。由于一般情况下磁芯的最大磁通量值都较小(10- 6 ～ 10 - 3 Wb量级) ,所以 K zoom 取较大的值有利于提高程序计算的精度和收敛速度。R line 是线圈本身的阻抗 , 其值一般很小。

通过一个与 D 1 和 D 2 并联的电容可以考察磁滞和频率损耗的特性。在本例中 , 利用二极管的零偏压结电容 C J0 和结电势 V J 属性的设置替代了这个电容。 C J0 的取值为 3/ (6. 28 × f eddy K zoom L mag) ,V J = V N / 10 , 其中f eddy 是涡流临界频率 , 定义为在导磁率2频率曲线上 , 当导磁率为初始值的 3dB 时所对应的频率 [3] ( 实验证明 ,在高频下 f eddy 如此取值的计算结果和实际值符合较好 , 但在几十 Hz 的低频下 , f eddy 取值不易过大 ) 。对不同材料的磁芯 , f eddy 应由实验确定 , 在模拟高频铁磁材料时 , f eddy 可近似取 1MHz 。当 f eddy 较大时 , 相同磁化场频率下涡流损耗较少 , 磁滞回线变窄。

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