各种磁芯特性和优势

这种磁性的特点和应用的范围

究竟是选择磁粉芯，还是铁粉芯?相信这个许多工程师在进行开关电源方案的设计中经常碰到。在高功率电感磁芯选择的问题上，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(Kool Mμ)、铁粉芯、铁硅(硅钢叠片)、间隙铁氧体、钼坡莫(MPP)和高磁通 (High Flux)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，在软饱和方面，间隙铁氧体必须在下降曲线的安全区进行设计。铁硅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。 信息请登陆:输配电设备网

在磁通量比较方面，假设特定的50%下降设计点，铁硅铝(Kool Mμ)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%。 软饱和曲线使铁硅设计本身具有容错能力，而间隙铁氧体则没有。

铁氧体磁能力随温度变化，而铁硅保持相对稳定。很多铁氧体供应商或者厂家会给出产品在25℃到100℃不同环境下材质的差异。由于铁硅铝的材质及结构和间隙铁氧体不同，随着温度改变，变化不会很大。 信息来源:http://www.tede.

在边缘损耗方面，铁硅不会发生边缘损耗，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 Mμ)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。 信息来自:www.t

对于尺寸和储能，从铁硅铝(Kool Mμ)与锰锌铁氧体在LI2值比较中可以看出，当尺寸都是55mm的大小，测试铁硅铝用60μ，铁硅铝(Kool Mμ)在体积大小的情况下，储能大概是锰锌铁氧体的2倍多，如表1所示。

而当储能是一样的时候，LI2值一样，铁硅铝(Kool Mμ)体积缩小了很多，对于设计者来说，这有效缩小了设计尺寸。如表2所示。

表1.铁硅 与锰锌铁氧体之LI2值的比较 信息来自:www.tede.cn

表2.铁硅 与锰锌铁氧体尺寸上之比较

间隙铁氧体也有很多优点，间隙铁氧体可以有很高的有效磁导率μeff，铁氧体可以在500 以上而铁硅 目前受限于μeff = 125。间隙铁氧体使用在一些低功率的设计时更为适合。

间隙铁氧体电感系数的公差值较低，如果工艺好的话，多数的铁氧体电感系数的公差值为 ±3，而铁硅 为 ± 12% 。

间隙铁氧体有较多种类的形状，有Pot Cores、EFD's、PQ's等等，而铁硅形状目前受限于 E-Core、U-Core & Blocks。 信息来自:www.tede.cn

铁硅铝与铁粉芯

除了承受直流偏置外，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。这种情况在铁硅铝(Kool Mμ)中会减少，因此电感更有效率，温度更低。

铁硅铝(Kool Mμ) 的磁芯损耗低于铁粉芯。关于接近零的磁致伸缩问题，铁硅铝(Kool Mμ)非常适用于消除滤波电感中的音频噪音。铁硅铝(Kool Mμ)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(Kool Mμ)磁芯都能在200 ℃下连续操作，相对的，铁粉芯有磁致伸缩。

铁硅铝与硅铁 信息来源:http://www.tede.cn

大型电感器中也会使用特级的硅铁叠片，通常是块状或条状。硅铁的优势在于饱和磁通密度较高。铁硅形状(E、U、I型的磁芯)也可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、温度稳定性和较低的成本。图1为各种大型铁硅铝器件。

图1.各种大型铁硅铝器件

硅铁块具有离散间隙，与铁硅铝(Kool Mμ)的分步式间隙不同，因此随着电流增加，饱和出现要快的多。铁硅铝(Kool Mμ) 可利用饱和曲线的优点，设计出较小的电感器。

硅钢装配件中所用的环氧树脂中一般不能像铁硅铝(Kool Mμ)在200 ℃操作。

铁硅铝(Kool Mμ)成本低于同等大小的硅钢块。

在铁损的部分，铁硅的磁芯损耗远低于硅钢叠片。用20μ铁硅铝和硅铁相比较，在10kHz和50kHz的频率情况下，硅铁的磁损更厉害。

铁硅铝的特点和应用

铁硅铝(Kool Mμ)是什么呢?简单来说，它是由铝-硅-铁组成，它拥有相当高的Bmax(1050mT)，它的磁芯损耗远低于铁粉芯及高磁通，有低磁致伸缩(低噪音)，是低成本的储能材料，无热老化，可以用于替代铁粉芯，在高温下性能非常稳定。 信息来源:http://www.t

总结一下铁硅铝的特点：适当的成本，优于钼坡莫合金/高磁通以及复合合金;较低的损耗，优于铁粉芯;高饱和度，优于间隙铁氧体;接近零的磁致伸缩，优于铁粉芯;无热老化现象，优于铁粉芯;软饱和，优于间隙铁氧体及复合合金。

铁硅铝(Kool Mμ)有六种磁导率(26μ、40μ、60μ、75μ、90μ和125μ)和三种形状 Toroids、 E core、 U core & Blocks。

铁硅铝应用包括功率因数校正扼流圈，升压/降压稳压器，直流输出电感器和回扫变压器。

大型铁硅铝 Kool Mμ应用在高电流 (功率)电感器、太阳能转换、UPS 不断电系统、混合动力汽车、风能转换和其他高电流应用。

除了大型铁硅铝，如图1所示还有一些平版型的铁硅铝。平版型的铁硅铝器件如图2所示。 信息来源:http:/

图2.平版型铁硅铝

平版型的铁硅铝有两种选择，有传统的方型和圆形。如图3所示。

图3.方型和圆形的铁硅铝

相对方型的，圆形的有诸多优点，比如缩小整个电感器因绕制而增加的体积，在相同的匝数下减少绕线线长的使用，最小化的DCR (直流电阻)，降低铜损，降低使用铜导线上的成本和整个电感器的绕制成本。

铁硅铝Kool Mμ (平板形) 的特点有应用于高电流的设计、漏磁减少至非常低、较佳的直流偏置特性、良好的散热效果和温度稳定性、具存储能量的高性能、可直接安装在PCB上。铁硅铝Kool Mμ( 平板形) 的应用有在DC/DC转换器、大电流扼流圈、电脑中的中央处理器圈。

综上所述，在磁芯的选择上，要着重注意四个问题：第一，选择合适的磁芯材料，铁硅铝(Kool Mμ)、钼坡莫合金、高磁通、铁硅合金或铁氧体，第二，选择合适的磁芯尺寸，包括形状和大小;第三，选择时要注意绕制上的考量，比如电流密度、绕线的长短和匝数;第四点，选择时要兼顾性能和成本。