如何在开关电源设计中选择最合适的高功率电感的磁芯[指南]

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1、究竟是磁粉芯好，述是铁粉芯好？相信是许多丄程师在进行开关电源方案的设计中经常碰到的疑问。在髙功率电感的磁芯选择问题上，磁芯、粉芯、铁硅铝以及铁氧体中的选择和比较是工程师经常探讨的问题。市场上高功率电感的磁芯选择还是挺多的，可供选择的电感材料有：铁硅铝（KoolMQ、铁粉芯、铁硅（硅钢叠片）、间隙铁氧体、钳坡莫（MPP）和高磁通（HighFlux）等。那么他们究竟有什么特性适合怎么样的应用呢？磁芯材料比较铁硅铝与间隙铁氧体铁硅铝和间隙铁氧体是两种常用的材质，在软饱和方而，间隙铁氧体必须在下降曲线的安全区进行设计。铁硅铝（

2、KoolMp）被设计在受控制的下降曲线范围中，这样就能够提供好的容错特性，特别是在高功率时候。在磁通量比校方面，假设特定的50%下降设计点，铁硅铝（KoolMp）的磁通量是间隙铁氧体的2倍以上，这使磁芯的尺寸可缩小35%,设计时可以把磁芯的尺寸缩小30%至35%。软饱和曲线使铁硅铝（KoolMQ设计木身具冇容错能力，而间隙铁氧体则没冇。铁氧体磁能力随温度变化，而铁硅铝（KoolMp）保持相対稳定。很多铁氧体供应商或者厂家会给出产品在25°C到100°C不同环境卜•材质的差杲。由于铁硅铝的材质及结构和间隙铁氧体不同，随着

3、温度改变，变化不会很大。在边缘损耗方血，铁硅铝（KoolMp）不会发生边缘损耗，而间隙铁氧体有很大的边缘损耗。铁芯的间隙部分随着温度的增加损耗会增加。铁硅铝（Kool也有间隙，但是这是均匀的分布式间隙，因为这个形式，在高功率的应用上会更好。对于尺寸和储能，从铁硅铝（KoolMp）与镒锌铁氧体在LI2值比较小可以看出，当尺寸都是55mm的大小，测试铁硅铝用60p,铁硅铝（KoolMp）在体积大小的情况下，储能大概是镒锌铁氧体的2倍多，如表1所示。而当储能是一样的吋候，LI2值一•样，铁硅铝（KoolMQ体积缩小了很多，对

4、于设计者來说,这有效缩小了设计尺寸。如表2所示。表1铁硅铝（KoolMp）与猛锌铁氧体之LI2值的比较AttributeUnitCasciCase2PurlNtimberOOK5528E06O0P4S528A219Mb>ZiiMaterialTipcKoolMuEFcrrilcmil71000ALCue*219219NominalPermmbiUt>(mi)6060Atcm23.503.53Iccm12」12」Vecm34114X8tn@50%PermRou-orr3050H@50%PermRoll-OfT<>e90S

5、8EuergJStorageLI2■mHAmp2S3.235.2表2铁硅铝（KoolMp）与僦锌恢氧体尺寸上之比较AttribateUnitCase1Case2L12milAmp235J35Jm@SO%Perm-RoibonM30H@50%PermRo4l-OnOe90SRCalailaiedAele(V)cm318.2Partdumber00K4O20E1I6O0P4552XA219Mn-XnMulcriulTypeKoolFerrileNominalPcrmc・bility(mi>Z60ALISO219mmxmm4

6、2Jt21.1xM.9i27£1ApproximateSizeimm15.420.6间隙铁氧体也冇很多优点，间隙铁氧体可以冇很高的冇效磁导率ycff,恢氧体可以在500以上而铁硅铝（KoolMQ冃前受限于ycff=125。间隙铁氧体使用在一些低功率的设计时更为适合。间隙恢氧体电感系数的公差值较低，如來工艺好的话，多数的铁氧体电感系数的公差值为±3,而铁硅铝（KoolMp）为土12%o间隙铁氧体有较多种类的形状，有PotCores>EFD's>PQ's等等，而铁硅铝（KoolMQ形状目前受限于E-Co

7、re.U-Core&Blocks。铁硅铝与铁粉芯除了承受玄流偏置外，开关稳压电感器还有一定交流电，通常在10kHz至300kHz。这种交流电流会产生高频磁场，造成磁芯损耗并导致磁芯变热。这种悄况在铁硅铝（KoolMQ中会减少，因此电感更有效率，温度更低°铁硅铝（KoolMg）的磁芯损耗低丁铁粉芯。关丁接近零的磁致伸缩问题，铁硅铝（KoolMg）非常适用于消除滤波电感中的音频噪音。铁硅铝（Kool在制造时没有使用有机粘结剂，因此，没有任何热老化的问题。所有铁硅铝（KoolMy）磁芯都能在200°C卜•连续操作，相对的，铁

8、粉芯有磁致伸缩。铁硅铝与硅铁人型电感器屮也会使用特级的硅铁程片，通常是块状或条状。硅铁的优势在于饱和磁通密度较高。铁硅铝（KoolMQ形状（E、U、I型的磁芯）也对以经过适当的构造应用于大型电感器。虽然硅铁有较高的饱和磁通密度，但铁硅铝（KoolMy）具备更多优点，例如较好的软饱和度、很低的磁芯损耗、温度稳定性和鮫低的成本。图1为