鐵硅鋁磁芯優(yōu)勢.doc

究竟是選擇磁粉芯，還是鐵粉芯?相信這個許多工程師在進(jìn)行開關(guān)電源方案的設(shè)計中經(jīng)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(jīng)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(Kool M)、鐵粉芯、鐵硅(硅鋼疊片)、間隙鐵氧體、鉬坡莫(MPP)和高磁通 (High Flux)等。那么他們究竟有什么特性適合怎么樣的應(yīng)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(zhì)，在軟飽和方面，間隙鐵氧體必須在下降曲線的安全區(qū)進(jìn)行設(shè)計。鐵硅被設(shè)計在受控制的下降曲線范圍中，這樣就能夠提供好的容錯特性，特別是在高功率時候。 信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)在磁通量比較方面，假設(shè)特定的50%下降設(shè)計點(diǎn)，鐵硅鋁(Kool M)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(shè)計時可以把磁芯的尺寸縮小30%至35%。軟飽和曲線使鐵硅設(shè)計本身具有容錯能力，而間隙鐵氧體則沒有。鐵氧體磁能力隨溫度變化，而鐵硅保持相對穩(wěn)定。很多鐵氧體供應(yīng)商或者廠家會給出產(chǎn)品在25到100不同環(huán)境下材質(zhì)的差異。由于鐵硅鋁的材質(zhì)及結(jié)構(gòu)和間隙鐵氧體不同，隨著溫度改變，變化不會很大。 信息來源:http:/www.tede. 在邊緣損耗方面，鐵硅不會發(fā)生邊緣損耗，而間隙鐵氧體有很大的邊緣損耗。鐵芯的間隙部分隨著溫度的增加損耗會增加。鐵硅鋁(Kool M)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(yīng)用上會更好。 信息來自:www.t對于尺寸和儲能，從鐵硅鋁(Kool M)與錳鋅鐵氧體在LI2值比較中可以看出，當(dāng)尺寸都是55mm的大小，測試鐵硅鋁用60，鐵硅鋁(Kool M)在體積大小的情況下，儲能大概是錳鋅鐵氧體的2倍多，如表1所示。而當(dāng)儲能是一樣的時候，LI2值一樣，鐵硅鋁(Kool M)體積縮小了很多，對于設(shè)計者來說，這有效縮小了設(shè)計尺寸。如表2所示。表1.鐵硅 與錳鋅鐵氧體之LI2值的比較 信息來自:表2.鐵硅 與錳鋅鐵氧體尺寸上之比較間隙鐵氧體也有很多優(yōu)點(diǎn)，間隙鐵氧體可以有很高的有效磁導(dǎo)率eff，鐵氧體可以在500 以上而鐵硅 目前受限于eff = 125。間隙鐵氧體使用在一些低功率的設(shè)計時更為適合。間隙鐵氧體電感系數(shù)的公差值較低，如果工藝好的話，多數(shù)的鐵氧體電感系數(shù)的公差值為 3，而鐵硅 為 12% 。間隙鐵氧體有較多種類的形狀，有Pot Cores、EFD's、PQ's等等，而鐵硅形狀目前受限于 E-Core、U-Core & Blocks。 信息來自:鐵硅鋁與鐵粉芯除了承受直流偏置外，開關(guān)穩(wěn)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(chǎn)生高頻磁場，造成磁芯損耗并導(dǎo)致磁芯變熱。這種情況在鐵硅鋁(Kool M)中會減少，因此電感更有效率，溫度更低。鐵硅鋁(Kool M) 的磁芯損耗低于鐵粉芯。關(guān)于接近零的磁致伸縮問題，鐵硅鋁(Kool M)非常適用于消除濾波電感中的音頻噪音。鐵硅鋁(Kool M)在制造時沒有使用有機(jī)粘結(jié)劑，因此，沒有任何熱老化的問題。所有鐵硅鋁(Kool M)磁芯都能在200 下連續(xù)操作，相對的，鐵粉芯有磁致伸縮。 鐵硅鋁與硅鐵 信息來源: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(yōu)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(jīng)過適當(dāng)?shù)臉?gòu)造應(yīng)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(yōu)點(diǎn)，例如較好的軟飽和度、很低的磁芯損耗、溫度穩(wěn)定性和較低的成本。圖1為各種大型鐵硅鋁器件。圖1.各種大型鐵硅鋁器件 硅鐵塊具有離散間隙，與鐵硅鋁(Kool M)的分步式間隙不同，因此隨著電流增加，飽和出現(xiàn)要快的多。鐵硅鋁(Kool M) 可利用飽和曲線的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計出較小的電感器。硅鋼裝配件中所用的環(huán)氧樹脂中一般不能像鐵硅鋁(Kool M)在200 操作。 鐵硅鋁(Kool M)成本低于同等大小的硅鋼塊。在鐵損的部分，鐵硅的磁芯損耗遠(yuǎn)低于硅鋼疊片。用20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(diǎn)和應(yīng)用鐵硅鋁(Kool M)是什么呢?簡單來說，它是由鋁-硅-鐵組成，它擁有相當(dāng)高的Bmax(1050mT)，它的磁芯損耗遠(yuǎn)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(wěn)定。 信息來源:http:/www.t總結(jié)一下鐵硅鋁的特點(diǎn)：適當(dāng)?shù)某杀?，?yōu)于鉬坡莫合金/高磁通以及復(fù)合合金;較低的損耗，優(yōu)于鐵粉芯;高飽和度，優(yōu)于間隙鐵氧體;接近零的磁致伸縮，優(yōu)于鐵粉芯;無熱老化現(xiàn)象，優(yōu)于鐵粉芯;軟飽和，優(yōu)于間隙鐵氧體及復(fù)合合金。 鐵硅鋁(Kool M)有六種磁導(dǎo)率(26、40、60、75、90和125)和三種形狀 Toroids、 E core、 U core & Blocks。 鐵硅鋁應(yīng)用包括功率因數(shù)校正扼流圈，升壓/降壓穩(wěn)壓器，直流輸出電感器和回掃變壓器。大型鐵硅鋁 Kool M應(yīng)用在高電流 (功率)電感器、太陽能轉(zhuǎn)換、UPS 不斷電系統(tǒng)、混合動力汽車、風(fēng)能轉(zhuǎn)換和其他高電流應(yīng)用。 除了大型鐵硅鋁，如圖1所示還有一些平版型的鐵硅鋁。平版型的鐵硅鋁器件如圖2所示。 信息來源:http:/圖2.平版型鐵硅鋁 平版型的鐵硅鋁有兩種選擇，有傳統(tǒng)的方型和圓形。如圖3所示。圖3.方型和圓形的鐵硅鋁相對方型的，圓形的有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如縮小整個電感器因繞制而增加的體積，在相同的匝數(shù)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(dǎo)線上的成本和整個電感器的繞制成本。鐵硅鋁Kool M (平板形) 的特點(diǎn)有應(yīng)用于高電流的設(shè)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(wěn)定性、具存儲能量的高性能、可直接安裝在PCB上。鐵硅鋁Kool M( 平板形) 的應(yīng)用有在DC/DC轉(zhuǎn)換器、大電流扼流圈、電腦中的中央處理器圈。綜上所述，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