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    鐵硅鋁磁芯的優勢

    文章出處:網責任編輯:作者: 人氣:-發表時間:2011-09-28 11:56:00

     

      究竟是選擇磁粉芯,還是鐵粉芯?相信這個許多工程師在進行開關電源方案的設計中經常碰到。在高功率電感磁芯選擇的問題上,磁芯、粉芯、鐵硅鋁以及鐵氧體中的選擇和比較是工程師經常探討的問題。市場上高功率電感的磁芯選擇還是挺多的,可供選擇的電感材料有:鐵硅鋁(KoolMμ)、鐵粉芯、鐵硅(硅鋼疊片)、間隙鐵氧體、鉬坡莫(MPP)和高磁通(HighFlux)等。那么他們究竟有什么特性適合怎么樣的應用呢?

      磁芯材料比較

      鐵硅鋁與間隙鐵氧體

      鐵硅鋁和間隙鐵氧體是兩種常用的材質,在軟飽和方面,間隙鐵氧必須在下降曲線的安全區進行設計。鐵硅被設計在受控制的下降曲線范圍中,這樣就能夠提供的容錯特性,特別是在高功率時候。

      在磁通量比較方面,設特定的50%下降設計點,鐵硅鋁(KoolMμ)的磁通量是間隙鐵氧體的2倍以上,這使磁芯的尺寸可縮小35%,設計時可以吧磁芯的尺寸縮小30%至35%。

      軟飽和曲線使鐵硅設計本身具有容錯能力,而間隙鐵氧體則沒有。

      鐵氧體磁通能力隨溫度變化,而鐵硅保持相對穩定。很多鐵氧體供應商或者廠家會給出產品在25%℃到100%℃不同環境下材質的差異。由于鐵硅鋁的材質及結果和間隙鐵氧體不同,隨著溫度改變,變化不會很多。

      在邊緣損耗方面,鐵硅不會發生邊緣損耗,而間隙鐵氧有很大的邊緣損耗。鐵芯的間隙部分隨著溫度的增加損耗會增加。鐵硅鋁(KoolMμ)也有間隙,但是這是均勻的分布式間隙,因為這個形式,在高功率的應用上會更好。

      對于尺寸和儲能,從鐵硅鋁(KoolMμ)與錳鋅鐵氧體在LI2值比較中可以看出,當尺寸都是55mm的大小,測試鐵硅鋁用60μ,鐵硅鋁(KoolMμ)在體積大小的情況下,儲能大概是錳鋅鐵鐵氧體的2倍多。而當儲能一樣的時候,LI2值一樣,鐵硅鋁(KoolMμ)體積縮小了很多,對于設計者來說,這有效縮小了設計尺寸。

      間隙鐵氧體也有很多優點,間隙鐵氧體可以有很高的有效磁導率μeff,鐵氧體可以在500以上而鐵硅目前受限于μeff=125。間隙鐵氧體使用在一些低功率的設計時更為合適。

      鐵硅鋁與鐵粉芯

      除了承受直流偏置外,開關穩壓電感器還有一定交流電,通常在10kHz至300kHz。這種交流電流會產生高頻磁場,造成磁芯損耗并導致磁芯變熱。這種情況在鐵硅鋁(KoolMμ)中會減少,因此電感更有效率,溫度更低。

      鐵硅鋁(KoolMμ)的磁芯損耗低于鐵粉芯。關于接近零的磁致伸縮問題,鐵硅鋁(KoolMμ)非常適用于消除濾波電感中的音頻噪音。鐵硅鋁(KoolMμ)在制造時沒有使用有機粘結劑,因此,沒有任何熱老化問題。所有鐵硅鋁(KoolMμ)磁芯都能在200℃下連續操作,相對的,鐵粉芯有磁致伸縮。

      鐵硅鋁與硅鐵

      大型電感器中也會使用特級的硅鐵疊片,通常是塊狀或條狀。硅鐵的優勢在于飽和磁通密度較高。鐵硅形狀(E、U、I型的磁芯)也可以經過適當的構造應用于大型電感器。雖然硅鐵有較高的飽和磁通密度,但鐵硅具備更多優點,例如較好的軟飽和度、很低的磁芯損耗、溫度穩定性和較低的成本。

      硅鐵塊具有離散間隙,與鐵硅鋁(KoolMμ)的分布式間隙不同,因此隨著電流增加,飽和出現要快的多。鐵硅鋁(KoolMμ)可利用飽和曲線的優點,設計出較小的電感器。

      硅鋼裝配件中所用的環氧樹脂中一般不能像鐵硅鋁(KoolMμ)在200℃操作。

      鐵硅鋁(KoolMμ)成本低于同等大小的硅鋼快。

      在鐵損的部分,鐵硅的磁芯損耗遠低于硅鋼疊片。用20μ鐵硅鋁和硅鐵相比較,在10kHz和50kHz的頻率情況下,硅鐵的磁損更厲害。

      鐵硅鋁的特點和應用

      鐵硅鋁(KoolMμ)是什么呢?簡單來說,它是由鋁-硅-鐵組成,它擁有相當高的Bmax(1050tM),它的磁芯損耗遠低于鐵粉芯及高磁通,有低磁致伸縮(低噪音),是低成本的儲能材料,無熱老化,可以用于替代鐵粉芯,在高溫下性能非常穩定。

      總結一下鐵硅鋁的特點:適當的成本,優于鉬坡莫合金/高磁通以及復合合金;較低的損耗,優于鐵粉芯;高飽和度,優于間隙鐵氧體;接近零的磁致伸縮,優于鐵粉芯;無熱老化現象,優于鐵粉芯;軟飽和,優于間隙鐵氧體及復合合金。

      鐵硅鋁(KoolMμ)有六種磁導率(26μ、40μ、60μ、75μ、90μ和125μ)和三種形狀Toroids、Ecore、Ucore&Blocks。

      鐵硅鋁應用包括功率因數校正扼流圈,升壓/降壓穩壓器,直流輸出電感器和回歸變壓器。

      大型鐵硅鋁KoolMμ應用在高電流(功率)電感器、太陽能轉換、UPS不斷電系統、混合動力汽車、風能轉換和其他高電流應用。

      平板型的鐵硅鋁有兩種選擇,有傳統的方形和圓形。

      相對方形的,圓形的有諸多優點,比如縮小整個電感器因繞制而增加的體積,在相同的匝數下減少繞線線長的使用,最小化的DCR(直流電阻),降低銅損,降低使用銅導線的成本和整個電感器的繞制成本。

      鐵硅鋁(KoolMμ)(平板型)的特點有應用于高電流的設計,漏磁減少至非常低,較佳的直流偏置特性、良好的散熱效果和溫度穩定性、具存儲能量的高性能,可直接安裝在PCB上。鐵硅鋁(KoolMμ)(平板型)的應用有在DC/DC轉換器、大電流扼流圈、電腦中的中央處理器。

      綜上所訴,在磁芯的選擇上,要著重注意四個問題:第一,選擇合適的磁芯材料,鐵硅鋁(KoolMμ)、鉬坡莫合金、高磁通、鐵硅合金或鐵氧體;第二,選擇合適的磁芯尺寸,包括形狀和大??;第三,選擇時要注意繞制上的考量,比如電流密度、繞線的長短和匝數;第四,選擇時要兼顧性能和成本。

     

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