APFC电感选择.docVIP

APFC电感采用磁粉心的设计 Design of APFC Inductor Utilizing Powder Cores 石家庄腾飞磁材经销部黄永富（北京100016） 摘要：磁粉心具有较高的饱和磁通密度和较好的直流偏磁动态线性。用来制作APFC电感，只要恰当选择磁心尺寸和线圈匝数就能取得降低磁心损耗的效果。 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. 关键词：饱和直流偏磁磁心损耗动态线性 Keywords:Saturation， DC bias， Core loss， Motion linearity. 磁粉心的饱和磁通密度高达10T（10000Gs）左右，在强磁场条件下，即工作在大电流时，磁心不易饱和。制作APFC电感，不用开气隙，不会对电路产生电磁干扰（EMI）。而且由于其直流偏磁动态线性相当好，通过设计计算可以精确地控制在额定电流时的电感值。恰当选择磁心尺寸和线圈匝数，还能得到满意的磁心损耗的结果。 　　常见的磁粉心有钼坡莫合金磁粉心（MPP）、高磁通磁粉心（HF）、铁硅铝磁粉心（MS）和铁粉磁心（IP）。前两种，国内习惯上称为铁镍钼磁粉心和铁镍磁粉心。它们的磁心损耗数据见表1。前3种为美国阿诺集团（ARNOLD）产品，后1种为台湾产品。从表1可以明显看出MPP磁心损耗最低，铁粉心损耗最高，其它两种居中。某种条件下，MS磁心损耗略低于HF磁心，接近MPP磁心。 　　MPP磁心价格比较贵，损耗低与成本高之间有矛盾，在要求温升必须很低时，不得不采用这种较贵的磁心。对于要求不是特别严格的场合，完全可以经过精心设计，采用其它磁心，甚至采用损耗高的铁粉心，也能得到满意的结果。 1对电感设计有关参数的剖析 　　对于设计与制作APFC电感，主要要求其温升低（即损耗要小），另外偏磁影响小，能有效控制电感值在额定电流时不低于临界电感值。 　　为了设计出性能价格比满意的APFC电感，有必要对电感设计的有关参数进行充分的剖析。 　　有些参数是与磁心规格尺寸有关的如：AL，Ae，le，Ve，Wt，l/N，SA，Wa等。由le派生出H/NI，它等于0.4π/le，可称它为磁场强度系数。磁心大，le就大，此值就小。乘上NI就是磁场强度值H。另外，亦可称它为饱和系数，此值小，就不易饱和。在相同NI时，大磁心就比小磁心不容易饱和。还有一个参数：线圈匝数N。匝数多电感值就大。l/N为每匝导线平均长度，单位为cm。SA为线圈表面积。AL为电感系数，单位为nH/N2或μH/N2。电感系数同有效磁导率之间有这样的关系：AL=μe·4π·Ae/le。电感系数与匝数和电感量之间的关系为：L=N2·AL。 　　控制磁心饱和比较简单，就是选用尺寸大的磁心；采用磁导率低的材料。从图1～图4可以看出，低磁导率的曲线，随磁场强度增大而下降的趋势，比较平稳缓慢(注：原稿纵坐标称“百分磁导率”，这里用相对磁导率μr表示）。 表1磁粉心磁心损耗（单位：mW/cm3） 牌号 f=50kHz f=100kHz 计算公式 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：图中横坐标的数值以Oe作单位，系非法定单位，现换算为A.cm－1,1Oe=0.796A.cm－1 图1MPP相对磁导率（μr）—直流磁场强度（H）特性曲线 图2HI—FLUX相对磁导率（μ