铁氧体磁心线圈之实际制作建议.docx

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铁氧体磁心线圈之实际制作建议

鐵氧體磁心線圈之實際製作建議

編製設計之先後成本、尺寸、溫度及安全要求是相互聯繫的。

而成本將會是決策過程中所需考慮的重要因素。

成本或總成本是由部件清單，可製作程度，製作地點等因素決定。

尤其是對於勞工密集的設計與及在纏繞來源地點可得到製造技術支援程度所結合而成。

尺寸方面--應該與低成本磁心材料吻合。

若果一個鐵粉磁心已達到要求，就不要花資源去設計較細，成本較高的磁心。

設計時要特別注意磁心形狀，磁心材料，機械固定的取捨，因這可能影響最終成本。

溫度方面--對於所選擇的溫度級別，在印刷底板位置部份和可獲得之空氣流動，這部份必須要保持在安全機構所定之範圍內。

安全方面--指全部安全要求的"UP-FRONT"知識，這些知識對於所用產品的磁性是十分重要。

假如不適當地考慮，安全代理工程師會毫無疑問地在最少可能的時間內指出問題所在。

但通常此時相關的修理成本是巨大的。

成本磁心材料-----除了氣心（AIRCORE）部份外，鐵粉磁心是成本最低的磁心。

在現今競爭劇烈的世界，電子產品的成本受價格及迅速的遞送帶動影響。

我們有很多顧客，在他們的產品製造期間，發現市埸給予的價格壓力非常大，以致重新設計，摒棄鐵氧（FERRITE）磁心及"SENDUST"磁心，採用鐵粉磁心（IronPowder）；以便節省金錢和加強競爭力。

環形磁心及E形磁心的好處

環形磁心-較E形磁心的設計緊密。

-由於是單組件成本比較低。

-磁的耦合較緊密因此有較低流離漏通量。

E形磁心-纏繞過程比較容易自動化。

-可用接腳裝置在膠心上。

-在多層纏繞時，絕緣能力較好。

-容易加隙於E形磁心，以擴大儲存能量的能力。

產品安全組織

小心設計上的產品安全要求。

今天很多要求需以特定的沿面距離加在設計內。

現今開關式電源供應器最普遍的安全要求是IEC-950。

詳細資料可由在NORTHBOOK的UL辦事處定購一本UL1950的BI-NATIONALSTANDARD三冊，價錢大約是美金一百七十五元。

纏繞技巧及考慮環形磁心

環形磁心為製作電感器、耦合電感器及變壓器提供了一個簡單而緊密的解決方法。

環形形狀提供良好的磁流耦合和低流離漏量。

另一環形形狀之特點是容易改變高度（或厚度）和不需更換模具。

這允許工程師為了緊壓一部份到有限的板空間或高度的位置而改變AL值及磁心橫切面面積。

1.有很多方法可纏繞漆包線於環形磁心上，最基本的方法是用手纏繞漆包線在磁心上。

當漆包線直徑增加時，便需更多的纏繞拉力使線繞在磁心中央。

此時，便需要更好的握住磁心的方法。

一個好的方法去握住磁心是用一個小型膠面的虎頭鉗。

這方法對廣泛的環形磁心尺寸都有效。

虎頭鉗可在五金店以少於美金三十五元購得。

一個手用的梭子是簡單的纏繞工具。

首先放置漆包線在梭子上，然後把線繞在磁心上。

典型的梭子是由鋁、木或其他硬膠所造成。

梭子的長度及直徑的尺寸應與磁心直徑，線的尺寸，及需繞上磁心的長度配合。

切一個切痕在手梭子的尾端與在箭筲的切痕相同。

這切痕必須非常平滑，目的是為了防止損壞漆包線的絕緣層。

利用手梭子有相當大的好處，因為這樣比較容易將線拉緊。

而且這梭子可在纏繞中把線整齊安放，從而防止當線給繞上磁心和加快纏繞步驟時產生的刻痕及紐結。

使用任何纏繞的方法，都注意不能使用太大壓力，因為漆包線可能會使磁心伸展，破損或弄裂。

一個弄裂了的磁心或斷了的線是很容易被偵測，但是拉長了的線較難被測度出來。

由於這線的直徑減少，可導致絕緣失誤和較高的纏繞電阻（直流電阻）。

鐵粉磁心有較堅定的電氣和機械性能。

只有當磁心破裂和分離時纏繞拉力才會出現問題。

當一個磁心有裂痕，我們只能察覺到初始磁導率有輕微的改變（最多5%）。

但磁心破裂會引致鐵氧磁心重大改變，減少50%或更多的初始磁導率。

由於外在機械力的關係，鐵氧磁心或線帶包紮的磁心較容易受初始磁導率及磁心損耗所影響。

這些力是來自把磁心和線圈裝置或鉗夾在一起中產生的纏繞壓力，灌膠或密封膠壓力所引致的。

為了獲得繞線和磁心間最好的耦合，需均勻地把線放置於磁心上。

注意不可使纏繞聚成一簇，因為這樣自感和洩漏電感會增加，從而導致電感增加。

當操作頻率高於一千赫茲，纏繞在磁心上的分佈變得更為重要。

差劣的磁耦合可引致電感計算值與量度值間產生2:

1的偏差。

由於低劣的耦合，低磁導率環狀磁心的應用即是以單圈通過孔中會產生比目錄所指定的電感值低至50%。

在嘗試設計時，這點非常重要。

鐵氧磁心設計工程師須特別注意以上各點。

磁心毛病可由設計工程師所建立外觀的，機械的及電氣的極限來偵測。

2.當纏繞單一，大直徑的漆包線在細小的磁心時要特別小心。

纏繞壓力可弄破磁心。

再者，線可能不完全符合磁心的垂直壁。

可考慮使用兩條並聯的細線，完成的線圈會較細小與及顯示更好的磁心磁耦合。

基於線圈數目、線的尺寸及欲得到的電氣結果，其他纏繞方法也應該考慮。

有些方法是限於單一連續纏繞，假使纏繞電感不太重要此處線可圍繞磁心多於一圈。

排纏繞及循序漸進的纏繞是用在繞線少於磁心一圈及當開始和完成纏繞之間留有空隙的情況下，這種方法減少纏繞末端之間在高頻操作下的電感。

3.在纏繞之前用聚脂膠帶「如3M＃56，P.LEO＃1P802或相等材料」包裹一個環狀磁心，可減少電感和增加纏繞和磁心之電介強度。

使用一加厚POLYURETHANE的漆膜是一種低成本之增加定額電壓的方法。

4.快速及容易地分開開端導線及末端導線的方法是使用膠帶包裹磁心或用縐紋膠紙「如3M＃38或相等的材料」。

祇要在纏繞之前在磁心加上額外的機械障礙，這方法對分開兩個或更多纏繞很有效。

5.當纏繞可直銲的薄膜漆包線在環狀磁心時，小心在接近磁心位置，導線的脫漆及鍍錫可能損壞線的絕緣層及磁心末端。

假若不能適當地處理，在圈與圈之間或圈與磁心間可能發生短路。

銲的火花及銲珠最終會淤積在磁心和纏繞之間，這外來材料可能隨後脫落及引致在印制的電線板或電路裝配卡上的電氣問題。

解決旋轉帶（ROTARYSTRIP）或機械地脫去線的絕緣層至想得到的缺口長度的方法是，"FLUX"無遮蓋的尾端，和用450至550華氏度銲料把導線鍍上去。

一個簡單的方法是把銲珠保持在繞線外的線圈防衛物，可利用一個或更多孔的0.01寸厚的芳香紙（NOMEXARAMIDPAPER）。

先放置導線在芳香紙上，然後放到錫爐上以作鍍錫。

6.給此應用以特厚的聚醯亞胺薄（KAPTON）的絕緣線或"TEFLON"是符合IEC950繞線隔絕規格的一個簡單解決方法。

我們所知最薄的絕緣壁是半包裹的聚醯亞胺薄膜（KAPTONFILM）。

它增加線外徑大約0.006吋AWG-24的每尺成本大概美金0.08元。

另一較細外徑的三重絕緣線是TEFLONFEP。

每層大概0.003寸厚。

它增加外徑總共大約0.018吋。

對於AWG-24號線的每尺成本大概0.11元。

7.對大多數需符合UL,CSA或IEC溫度的要求，130攝氏度類的漆包線是最佳選擇。

有些漆包線產品如MW28/MW80具有130/155蚓兩類直銲的選擇。

8.環形磁心可以以各種機械裝置的方法來裝置，範圍由線圈的自導線到用環形磁心承接物。

硅膠或環氧黏劑被推薦作黏接線圈和環形磁心。

有些部件是部份裝灌於一膠杯內而在膠杯裏導線經過盒壁,這盒子或杯子亦可有加裝插入物作為額外的機械支持物。

9.簡單地捆好環形磁心可能需要塗上浸漬漆或裝入膠囊。

有幾個因素需要考慮，由預期的濕度至線圈的機械易碎程度加工過程及產品製作其間的振動等角度去考慮。

假若部份需要完全地投入膠囊或鑄模以低受嚴浩的環境，特別對於鐵氧磁心或複合磁心，線圈可能需要保護免受裝囊的材料的壓迫。

可考慮的保護方法包括木乃伊般（MUMMY）用聚醯亞胺膠帶包紮線圈或在用之前浸於稀薄的RTV，然後等它乾。

裝入材料通常是用作充塞的樹脂。

為減少一旦樹脂固化時產生在部件上的壓力，樹脂應與磁心和銅的溫度膨脹系數相近。

E形磁心

在現今的世界，對磁組件來說低成本是非常重要的。

最好的起步點是設計環繞目錄標準的磁心和慣用的形狀，除非數量非常大或沒有其他東西可符合可用空間。

主要理由是有現存的軸心和其它關聯的硬件，這可幫助減少材料價格因為不需額外的製具收費。

鐵粉磁心其一獨特的特性是E形磁心可製造成"CENTERLEGGAP"而不需在磁心製成後用機械製造一空隙。

擠壓有空隙的磁心非常昂貴甚至可能要新模具。

1.為了容易製造，最好不要超過可獲的最低磁心空間的80%。

假如漆包線十分平坦的放在用線軸上或假若你包括一個"COILSQUARINGORSIZING"次序使線圈平放及成形，這規定便可更改最多5%。

"SIZING"可在纏繞操作中和纏繞最後的各個步驟做。

對於單一，連續纏繞，線圈"SIZING"會在磁心完成纏繞之前作為最後階段做。

注意假若"SIZING"中用過度用力，線圈內部可能短路。

因此在用此技巧時要小心。

小心線圈在漆包線變暖後會增大或膨脹。

假如E形磁心的外面的接腳與線圈距離不足，可引致磁心接腳破裂。

這是由於線圈膨脹及發揮足夠壓力在磁心上，把它弄裂。

由於磁心的初始磁導率範圍由大約1800至高於10000，對於鐵氧磁心問題來說磁心接腳破裂是非常嚴重。

假若鐵氧磁心出現破裂現象，初始磁導率便有可能減低達到50%。

鐵粉磁心本質對外力具有堅定的電氣和機械性能。

假若磁心弄破和分離，加在鐵粉磁心的纏繞壓力會是一個問題。

初始磁導率一般少於85；由於空氣空隙構造，一或兩隻腳的破裂不是大問題。

因為一個破裂可能引致初始磁導率跌5%。

2.需注意選擇的磁心的尺寸限制。

計算"WINDOWFILL"百分比時，不要用慣用的磁心尺寸，應該在應用製造的機械容忍後用極小的"WINDOW"高度和闊度。

3.對厚絕緣的漆包線用最大的OD作為計算每層圈數和纏繞的建立。

工程師有時忽略這點和不知道到線圈為什麼大於計算所得的。

不值得冒短路的險（SHORTTURNS）去指定用單層包漆線。

對"OFF-LINE"開關模式的磁學，機械及電氣安全餘地並不在此。

4.導線口應有交疊（CROSSOVER）墊，可以是膠帶或一片絕緣材料放在導線相交的線圈之間。

導線口和絕緣材料用膠帶繫於線圈上防止這面積可能造成的短路。

5.假如你打算獲得UL,CSA,IEC或其他安全機構的允許，用尚未允許的絕緣系統要審慎。

這些系統免費由浸漬漆，或環氧及絕緣材料製造商提供。

6.這引致磁構造所用的典型材料。

正常對開關樣式或溫度級別是級別B或稱130度攝氏級別正切合130度攝氏的操作。

漆包線通常是厚的（HEAVYGRADE）直銲線。

IEC950對一或兩個纏繞的分隔可用三種聚醯亞胺薄膜絕緣膜線或"TEFLON"捆紮而不需額外的輔助絕緣材料或阻隔物所滿足。

這適合耦合電感器，變壓器和脈衝變壓器。

可用不同厚度和闊度的銅箔做纏繞。

箔片可買有或沒有加上絕緣材料的「電膠帶或漆膜」。

最好高導性的銅合金是＃102「99.96%」或＃110「99.9%」。

銅箔最大單一問題是在邊緣的易附物引致圈和圈之間薄膜或紙絕緣材料的短路傾向。

另外銲接口銲接在箔片時產生銲料尖端亦可引致短路。

好的解決方法是指定用沒有易附物的銅。

假如箔片是少於0.011寸厚，箔片要1/2硬度；假若多於0.011寸厚，須指定軟或加熱然後緩冷卻的銅。

這規則使切開無易附物的銅時更容易。

任何銲接定要平滑及沒有尖的尖端。

為了防止層與

層間短路，不要在銅箔和絕緣層間留下外來材料。

電膠帶可用聚脂薄膜、聚脂纖維膜，強化絲紋纖維玻離纖維布，醋酸鹽布和紙。

這多樣選擇大部份是由於設計者可有動力及物理尺寸廣闊的範圍。

最常見的線纖維是丙烯酸醋PVC收縮管，矽酮橡膠，"TEFLON"或"VINYL"。