如何在开关电源设计中选择最合适的高功率电感的磁芯

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1、究竟是磁粉芯好，还是铁粉芯好？相信是许多工程师在进行开关电源方案的设计中经常碰到的疑问。在高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（KoolMµ）、铁粉芯、铁硅（硅钢叠片）、间隙铁氧体、钼坡莫（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，在软饱和方面，间隙铁氧体必须在下降曲线

2、的安全区进行设计。铁硅铝(KoolMµ)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。在磁通量比较方面，假设特定的50％下降设计点，铁硅铝(KoolMµ)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(KoolMµ)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，而铁硅铝(KoolMµ)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

3、。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。在边缘损耗方面，铁硅铝(KoolMµ)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(KoolMµ)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(KoolMµ)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(KoolMµ)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。

4、而当储能是一样的时候，LI2值一样，铁硅铝(KoolMµ)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铁硅铝(KoolMµ)与锰锌铁氧体之LI2值的比较表2铁硅铝(KoolMµ)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以上而铁硅铝(KoolMµ)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

5、硅铝(KoolMµ)为±12%。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(KoolMµ)形状目前受限于E-Core、U-Core&Blocks。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(KoolMµ)中会减少，因此电感更有效率，温度更低。铁硅铝(KoolMµ)的磁芯损耗低于铁粉芯。关于接近零的磁致伸缩问题，铁

6、硅铝(KoolMµ)非常适用于消除滤波电感中的音频噪音。铁硅铝(KoolMµ)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(KoolMµ)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。铁硅铝(KoolMµ)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，但铁硅铝(KoolMµ)具备更多优点，例如较好的软饱和度、很低的磁芯损

7、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为各种大型铁硅铝器件硅铁块具有离散间隙，与铁硅铝(KoolMµ)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(KoolMµ)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(KoolMµ)在200℃操作。铁硅铝(KoolMµ)成本低于同等大小的硅钢块。在铁损的部分，铁硅铝(KoolMµ)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

8、损更厉害。铁硅铝的特点和应用铁硅铝(KoolMµ)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。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(KoolMµ)有六种