APFC電感采用磁粉心的設(shè)計

摘要：磁粉心具有較高的飽和磁通密度和較好的直流偏磁動態(tài)線性。用來制作APFC電感，只要恰當(dāng)選擇磁心尺寸和線圈匝數(shù)就能取得降低磁心損耗的效果。

Abstract: Powder core has high saturation flux density and excellent motion linearity of DC bias.When powder core is used to preparation of APFC inductor,lower core loss will be obtained as long as core sizes and coil turns are properly selected.

關(guān)鍵詞：飽和直流偏磁磁心損耗動態(tài)線性

Keywords:Saturation， DC bias， Core loss， Motion linearity.

磁粉心的飽和磁通密度高達(dá)10T（10000Gs）左右，在強(qiáng)磁場條件下，即工作在大電流時，磁心不易飽和。制作APFC電感，不用開氣隙，不會對電路產(chǎn)生電磁干擾（EMI）。而且由于其直流偏磁動態(tài)線性相當(dāng)好，通過設(shè)計計算可以精確地控制在額定電流時的電感值。恰當(dāng)選擇磁心尺寸和線圈匝數(shù)，還能得到滿意的磁心損耗的結(jié)果。

　　常見的磁粉心有鉬坡莫合金磁粉心（MPP）、高磁通磁粉心（HF）、鐵硅鋁磁粉心（MS）和鐵粉磁心（IP）。前兩種，國內(nèi)習(xí)慣上稱為鐵鎳鉬磁粉心和鐵鎳磁粉心。它們的磁心損耗數(shù)據(jù)見表1。前3種為美國阿諾集團(tuán)（ARNOLD）產(chǎn)品，后1種為臺灣產(chǎn)品。從表1可以明顯看出MPP磁心損耗最低，鐵粉心損耗最高，其它兩種居中。某種條件下，MS磁心損耗略低于HF磁心，接近MPP磁心。

　　MPP磁心價格比較貴，損耗低與成本高之間有矛盾，在要求溫升必須很低時，不得不采用這種較貴的磁心。對于要求不是特別嚴(yán)格的場合，完全可以經(jīng)過精心設(shè)計，采用其它磁心，甚至采用損耗高的鐵粉心，也能得到滿意的結(jié)果。

1對電感設(shè)計有關(guān)參數(shù)的剖析

　　對于設(shè)計與制作APFC電感，主要要求其溫升低（即損耗要?。硗馄庞绊懶?，能有效控制電感值在額定電流時不低于臨界電感值。

　　為了設(shè)計出性能價格比滿意的APFC電感，有必要對電感設(shè)計的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行充分的剖析。

　　有些參數(shù)是與磁心規(guī)格尺寸有關(guān)的如：AL，Ae，le，Ve，Wt，l/N，SA，Wa等。由le派生出H/NI，它等于0.4π/le，可稱它為磁場強(qiáng)度系數(shù)。磁心大，le就大，此值就小。乘上NI就是磁場強(qiáng)度值H。另外，亦可稱它為飽和系數(shù)，此值小，就不易飽和。在相同NI時，大磁心就比小磁心不容易飽和。還有一個參數(shù)：線圈匝數(shù)N。匝數(shù)多電感值就大。l/N為每匝導(dǎo)線平均長度，單位為cm。SA為線圈表面積。AL為電感系數(shù)，單位為nH/N2或μH/N2。電感系數(shù)同有效磁導(dǎo)率之間有這樣的關(guān)系：AL=μe·4π·Ae/le。電感系數(shù)與匝數(shù)和電感量之間的關(guān)系為：L=N2·AL。

　　控制磁心飽和比較簡單，就是選用尺寸大的磁心；采用磁導(dǎo)率低的材料。從圖1～圖4可以看出，低磁導(dǎo)率的曲線，隨磁場強(qiáng)度增大而下降的趨勢，比較平穩(wěn)緩慢(注：原稿縱坐標(biāo)稱“百分磁導(dǎo)率”，這里用相對磁導(dǎo)率μr表示）。

表1磁粉心磁心損耗（單位：mW/cm3）

注：圖中橫坐標(biāo)的數(shù)值以O(shè)e作單位，系非法定單位，現(xiàn)換算為A.cm－1,1Oe=0.796A.cm－1

圖1MPP相對磁導(dǎo)率（μr）—直流磁場強(qiáng)度（H）特性曲線

圖2HI—FLUX相對磁導(dǎo)率（μr）—直流磁場強(qiáng)度（H）特性曲線

圖3SUPPER—MSS相對磁導(dǎo)率（μr）—直流磁場強(qiáng)度（H）特性曲線

圖4相對初始磁導(dǎo)率（μr）—直流磁場強(qiáng)度（H）關(guān)系曲線