直流或缓变偏流使网络变压器线圈电感下降的原因

华强盛电子导读：今天，我们来谈谈直流缓变偏流为什么会让网络变压器磁环电感值下降，其原因是什么，怎么推理

 

所有的网络变压器生产厂家的产品介绍中都有这样一项指标，Ocl，350UH，意思是在给网络变压器中磁环线圈加上8毫安直流偏流的条件下，用频率为100KHZ幅度为0.1V的正弦波信号检测网络变压器的开路电感OCL时，其电感应大于350UH，厂家重视这项指标，是因为网络变压器在局域网上运行过程时，由于正级性和负极性的矩形数据脉冲的数目不等，会自动的在网络变压器线圈中形成不超过8毫安的直流或缓变偏流。线圈中的直流或缓变偏流会使线圈的ocl下降，ocl下降会使矩形数据脉冲的平顶下斜，而平底下斜严重时又会导致误码。

另外近来在网络变压器传送数据信号的同时，还要利用它向处在数十米以外的电子设备输送直流电压（POE供电系统).POE电流比较大，可达安培量级。POE电流对网络变压器内部的扼流圈来说是直流偏流，这样大的直流或缓变偏流，将使扼流圈的电感下降，而扼流圈的电感下降又会使网络变压器抑制电磁干扰的能力减少。

那么，直流缓变偏流为什么会让网络变压器磁环电感值下降呢？

首先，我们来从以下几点开始逐步分析：

1，磁环完整的磁滞回线

变压器线圈的电感和磁环内的磁感应强度B,磁场强度H的关系曲线，即磁滞回线的走势密切相关，因此磁环厂商在产品介绍中都会有给磁环的磁滞回线。

2，磁场强度B和线圈线圈中电流I的关系

LCR测量仪检测绕在磁环上线圈的电感时，给线圈加的是直流偏流和正弦波信号电流，而磁滞加线的水平轴是磁场强度H，因而要确定被检测线圈在磁滞回线上工作点的位置，需要将线圈中的直流偏流I转换成磁环内部的磁场强度H。按照安培定律，磁环内部的磁场强度H和线圈中的电流I的关系式为:

H=(N*i)/L

式中N是磁盘上线圈的匝数，i是线圈中的电流，L是磁路长长度。

 

3, 磁环线圈电感和磁滞回线上工作点的关系

从电磁学上知道绕在磁盘上线圈电感l的公式为

L=(u*N2*s)/L

式中u是磁环的磁导率。在S, N,L等参数不变的条件下，绕在磁环上线圈电感L和磁环的磁导率u成正比。

从电磁学还知道, B,H,U三者的关系为

U=B/H

即磁导率u等于磁感应强度B与磁场强度H的比值。 由于磁滞回线不是线型的，所以u值将随着工作点的移动而改变。

磁环工作点在磁滞回线上移动情况与电子管和晶体管在他们的输入和输出特性曲线上移动的情况相似。假定在线圈未加直流偏流和正弦波信号电流之前，工作点处于O点，当直流偏流加在线圈两端后，工作点就从O点沿着初始磁化曲线O~M移动到所加偏流形成磁场强度对应的W点。W点的静态磁导率u等于W点的磁感应强度Bw与磁场强度HW的比值。

给线圈加了直流偏流之后，再加上正弦波信号电流，则磁感应强度和磁场强度分别将以Bw和Hw点为中心，在BH范围内按正弦波信号电流的规律摆动，LCR测量信测得的磁环线圈电感L与W点的微变磁导率成正比。

由于LCR测量仪的交流检测信号电流引起的磁感应强度，磁场变化幅度很小，工作点移动范围比较小，磁滞回线上的某个工作点的微变磁导率u可写成，

UAC=B/H约＝dBW/dHW

因此，在某个工作点的微变磁导率近似的等于该工作点在曲线的斜率，要计算某个工作点的斜率可以在该工作点做一段磁滞回线的切线，从切线的陡度就能确定该工作点的微变磁导率UAC

4，磁环线圈磁导率与磁环所处状态的关系

当线圈加上8毫安偏流后，工作点将从原来的位置沿着各自的支线相应的移到X,Y,Z三点，从图可以看出，O点的斜率比X点大，N点的斜率比Y点大，而R点的斜率反而略小于Z点的斜率

用LCR测量仪检测偏流对磁环线圈电感的影响时可能出现三种情况，如果磁环线圈是新绕制的，则加上8毫安偏流后电感将减少，因为工作点从O点移到X点之后，其微变磁的磁导率谬减少了，如果磁环线圈次双向已通过了大电流的,并由N点移到Y点，则8MA偏流不仅不减少电感，反而会使电感略有增大，因为工作点从R点移到Y点后，其微变磁导率也减小了，如果磁环线圈的工作点是由R点移到Z点，8毫安偏流不仅不减少电感反而是会使电感略有增大，因为工作点从R点移至Z点后，其微变磁导率略有增加。

不过继续增加偏流，U还是会降下来，例如将偏流由8毫安增至80毫安，则磁场强度h将有25.4A/m增至254A/m，工作点移到x1y1z1从图中可以看出三点已经进入到磁滞回线的饱和区，并且实际上已经重合在一起了，处于磁滞回线的饱和区的工作点的斜率接近为零

 

5，相对磁导率低的磁环线圈对偏流的灵敏度低。

取三个几何尺寸相同，磁导率不一的磁环，在磁环上面各绕10匝线圈，并在线圈中加上350毫安的偏流

1号材料磁环的相对磁导率为46

2号材料磁环的相对磁导率是125

3号材料磁环的相对磁导率是1050。

三个磁环线圈中的磁场强度h相同

实验中350毫安偏流引起的三种磁环线圈内部工作点在磁滞回线上的位置分别变化不同。实验中可以看出低磁导率材料磁环工作点移动的距离不大，他们的斜率变化也不大，因此加了350毫安偏流后磁环线圈电感的贴跌幅和升幅都不大，可以认为此等低磁导率磁环线圈的电感对偏流不灵敏，

磁导率较大的2号材料磁环，其工作点移动距离比较大，他们的斜率变化也比较大，加了350毫安的偏流之后，线圈电感的跌幅和升幅都比较大，磁导率比较大的磁环线圈电感对偏流的灵敏度也比较大，

磁导率最大的3号材料磁环，其移动的工作点已完全进入了磁滞回线的饱和区，工作在饱和区的磁环线圈，其微变磁导率接近零，磁环线圈的电感大幅跌落。

从以上实例可知，虽然没有严格的证明公式，但从现有资料的统计规律来看，磁导率低的磁环相对于偏流敏感度也低，似乎是一种普遍现象，现在我们选用POE电流网络变压器磁环时，在满足线圈电感要求的条件下，应尽量选用磁导率低的磁环。