直流叠加

直流叠加效应在电子电路中，往往要通过磁心绕组的偏流给固体电子器件建立一个适宜的工作点，以使其处于某一要求的工作状态。这种电路中给直流偏压的常用手段，在磁心绕组中则产生一个直流偏磁场，即所谓DC-BIAS。性能往往会由于叠加直流磁化场而发生显著的变化，最明显的就是磁导率的变化。在有偏磁场存在的情况下，材料的磁导率称为可逆磁导率。当交变场即工作场足够小时，磁心制造厂家通常在规定的频率下用较小电压（或电流）测量处于直流偏置下的磁心电感量，即ΔH→0时，这时外推的增量磁导率μΔ就等于可逆磁导率μrev，又假如此时直流偏置场也足够小，即→0时，这时的可逆磁导率μrev就等于起始磁导率μi，但是磁心的使用者，也就是电感变压器的制造商，他们设计时，却并不是这种理想的极端状态。各样品的直流叠加特性不尽相同，但有一个共同点就是可逆磁导率随直流叠加场的增大先略有增大而后才开始减小。STEWARD公司研究者认为，在低场叠加状态下，外加磁化场的增加会导致磁芯感应磁通的增加，当前者增大到一定值时后者停止增大，导致磁导率的下降，此时磁芯趋近饱和。因此磁芯趋近饱和状态是可逆磁导率减小的原因，改善材料的直流叠加特性就是要推迟磁芯饱和磁化的趋近。可逆磁导率并非单纯只与磁场强度有关，而且还与其磁化历史有关。当直流磁场沿磁滞回线变化时，可逆磁导率呈典型的蝶形曲线。实践证明，磁导率随直流偏磁化场的增大而降低，下降的陡峭程度取决于磁滞回线的形状，也就是说完全取决于材料的成分、制造工艺以及磁芯之间的气隙大小。通常在开关调节电路中，希望由于出现不可避免的直流偏磁化场而使磁导率下降的幅度变小；而在磁控可变电感器中，则希望改变直流偏磁场时，能使磁导率灵敏地变化。磁芯噪声一般认为是由磁致伸缩引起的。叠加直流后,由于直流偏磁场在一个信号周期内,磁芯内部正向磁场强度与反向磁场强度相差2倍的偏磁场,从而使磁致伸缩出现严重的不对称,并且这种不对称将随着偏磁场的增大而愈为严重。为简化测量装置，在测试磁芯电感直流叠加特性时，可采用图7a所示的测量原理。这一原理比较简单，但严格说来，测量线圈产生的交变磁场将会在偏磁化线圈中感应出交变电压，而一般情况下，偏磁化线圈匝数要大大高于测量线圈，因此，感应出的交变电压还是挺高的，好在直流磁化源内阻可以看成是非常大，感应电流可以忽略不计严格的测量，特别是直流偏磁场下功耗的测量应采用图7b所示的测量原理。磁芯1和磁芯2由同种材料制成且尺寸相同，这两个磁芯上的偏磁化线圈绕制方向相反，即串联反接，这样在这两线圈中的感生电动势方向相反而自动抵消。在该测量方法中，功耗仪显示功耗为两磁芯功耗之和。如果仅仅需要了解磁芯电感的直流叠加特性，可以采用图7c所示的更简化的测量原理图。要改善磁芯的直流叠加特性，主要可通过以下两个途径：一是通过调节磁芯的空气隙厚度来实现。二是通过改变材料配方或是调整烧结工艺来实现。但是烧结工艺的改变必须以不恶化磁芯其它电磁性能为原则。作者认为第二种方法应当更为有效，这是由于加大空气隙厚度，往往导致磁芯漏磁增大，无疑是不利的。在绕组中通过直流电流时，引起磁心饱和，电感量下降。从这些曲线的规律可见，气隙的引入不仅使电感量降低，而且随气隙长度的增大，电感量的降低也愈来愈大。气隙长度愈大，在磁心饱和以前通过的直流电流愈大。