APFC電感采用磁粉心的設計
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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(dòng)態(tài)線(xiàn)性。用來(lái)制作APFC電感，只要恰當選擇磁心尺寸和線(xiàn)圈匝數就能取得降低磁心損耗的效果。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/179626.htmAbstract: 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(dòng)態(tài)線(xiàn)性
Keywords:Saturation， DC bias， Core loss， Motion linearity.
磁粉心的飽和磁通密度高達10T（10000Gs）左右，在強磁場(chǎng)條件下，即工作在大電流時(shí)，磁心不易飽和。制作APFC電感，不用開(kāi)氣隙，不會(huì )對電路產(chǎn)生電磁干擾（EMI）。而且由于其直流偏磁動(dòng)態(tài)線(xiàn)性相當好，通過(guò)設計計算可以精確地控制在額定電流時(shí)的電感值。恰當選擇磁心尺寸和線(xiàn)圈匝數，還能得到滿(mǎn)意的磁心損耗的結果。
常見(jiàn)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，國內習慣上稱(chēng)為鐵鎳鉬磁粉心和鐵鎳磁粉心。它們的磁心損耗數據見(jiàn)表1。前3種為美國阿諾集團（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(jià)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(shí)，不得不采用這種較貴的磁心。對于要求不是特別嚴格的場(chǎng)合，完全可以經(jīng)過(guò)精心設計，采用其它磁心，甚至采用損耗高的鐵粉心，也能得到滿(mǎn)意的結果。
1對電感設計有關(guān)參數的剖析
對于設計與制作APFC電感，主要要求其溫升低（即損耗要?。?，另外偏磁影響小，能有效控制電感值在額定電流時(shí)不低于臨界電感值。
為了設計出性能價(jià)格比滿(mǎn)意的APFC電感，有必要對電感設計的有關(guān)參數進(jìn)行充分的剖析。
有些參數是與磁心規格尺寸有關(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(chēng)它為磁場(chǎng)強度系數。磁心大，le就大，此值就小。乘上NI就是磁場(chǎng)強度值H。另外，亦可稱(chēng)它為飽和系數，此值小，就不易飽和。在相同NI時(shí)，大磁心就比小磁心不容易飽和。還有一個(gè)參數：線(xiàn)圈匝數N。匝數多電感值就大。l/N為每匝導線(xiàn)平均長(cháng)度，單位為cm。SA為線(xiàn)圈表面積。AL為電感系數，單位為nH/N2或μH/N2。電感系數同有效磁導率之間有這樣的關(guān)系：AL=μe·4π·Ae/le。電感系數與匝數和電感量之間的關(guān)系為：L=N2·AL。
控制磁心飽和比較簡(jiǎn)單，就是選用尺寸大的磁心；采用磁導率低的材料。從圖1～圖4可以看出，低磁導率的曲線(xiàn)，隨磁場(chǎng)強度增大而下降的趨勢，比較平穩緩慢(注：原稿縱坐標稱(chēng)“百分磁導率”，這里用相對磁導率μr表示）。
表1磁粉心磁心損耗（單位：mW/cm3）
| 牌號 | f=50kHz | f=100kHz | 計算公式 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| B/10－4T | 225 | 450 | 675 | 140 | 280 | 420 | |
| MPP60μ | 14 | 52 | 111 | 16 | 59 | 127 | 0.7066f1.483(kHz)B1.889(kGs) |
| 125μ | 11 | 46 | 106 | 14 | 58 | 132 | 0.2938f1.708(kHz)B2.028(kGs) |
| HF60μ | 15 | 71 | 174 | 14 | 67 | 164 | 1.586f1.423(kHz)B2.209(kGs) |
| 125μ | 32 | 131 | 299 | 33 | 137 | 313 | 2.207f1.459(kHz)B2.034(kGs) |
| MS | 18 | 69 | 151 | 20 | 77 | 168 | f1.477(kHz)B1.935(kGs) |
| IP－52 | 62 | 300 | 705 | 54 | 264 | 620 | 9.07×10－10f1.26(Hz)B2.11(Gs) |
| －18 | 43 | 238 | 597 | 36 | 184 | 461 | 6.44×10－10f1.18(Hz)B2.27(Gs) |
注：圖中橫坐標的數值以Oe作單位，系非法定單位，現換算為A.cm－1,1Oe=0.796A.cm－1
圖1MPP相對磁導率（μr）—直流磁場(chǎng)強度（H）特性曲線(xiàn)
圖2HI—FLUX相對磁導率（μr）—直流磁場(chǎng)強度（H）特性曲線(xiàn)
圖3SUPPER—MSS相對磁導率（μr）—直流磁場(chǎng)強度（H）特性曲線(xiàn)
圖4相對初始磁導率（μr）—直流磁場(chǎng)強度（H）關(guān)系曲線(xiàn)
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