選擇磁粉芯，還是鐵粉芯？
相信這個(gè)許多工程師在進(jìn)行開關(guān)電源方案的設(shè)計(jì)中經(jīng)常碰到。在高功率電感磁芯選擇的問題上，磁芯、粉芯、鐵硅鋁以及鐵氧體中的選擇磁粉芯和比較是工程師經(jīng)常探討的問題。市場上高功率電感的磁芯選擇還是挺多的，可供選擇的電感材料有：鐵硅鋁（Kool Mμ）、鐵粉芯、鐵硅（硅鋼疊片）、間隙鐵氧體、鉬坡莫（MPP）和高磁通（HighFlux）等。那么他們究竟有什么特軟磁磁粉芯性適合怎么樣的應(yīng)用呢？
磁芯材料比較 鐵硅鋁與間隙鐵氧體 鐵硅鋁和間隙鐵氧體是兩種常用的材質(zhì)，在軟飽和方面，間隙鐵氧必須在下降曲線的安金屬磁粉芯全區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)。鐵硅被設(shè)計(jì)在受控制的下降曲線范圍中，這樣就能夠提供的容錯(cuò)特性，特別是在高功率時(shí)候。 在磁通量比較方面，假設(shè)特定的50%下降設(shè)計(jì)點(diǎn)，鐵硅鋁(Kool Mμ)的磁通量是間隙鐵氧體的2倍以上，這使磁芯的尺寸可縮小35%，設(shè)計(jì)時(shí)可以吧磁芯的尺寸縮小30%至35%。
軟飽和曲線使鐵硅設(shè)計(jì)本身具有容錯(cuò)能力，而間隙鐵氧體則沒有。 鐵氧體磁通能力隨溫度變化，而鐵硅保持相對穩(wěn)定。很多鐵氧體供應(yīng)商或者廠家會給出產(chǎn)品在25%℃到100%℃不同環(huán)境下材質(zhì)的差異。由于鐵硅鋁的材質(zhì)及結(jié)果和間隙鐵氧體不同，隨著溫度改變，變化不會很多。
在邊緣損耗方面，鐵硅不會發(fā)生邊緣損耗，而間隙鐵氧有很大的邊緣損耗。鐵芯的間隙部分隨著溫度的增加損耗會增加。
鐵硅鋁（Kool Mμ）也有間隙，但是這是均勻的分布式間隙，因?yàn)檫@個(gè)形式，在高功率的應(yīng)用上會更好。 對于尺寸和儲能，從鐵硅鋁（Kool Mμ）與錳鋅鐵氧體在LI2值比較中可以看出，當(dāng)尺寸都是55mm的大小，測試鐵硅鋁用60μ，鐵硅鋁（Kool Mμ）在體積大小的情況下，儲能大概是錳鋅鐵鐵氧體的2倍多。而當(dāng)儲能一樣的時(shí)候，LI2值一樣，鐵硅鋁（Kool Mμ）體積縮小了很多，對于設(shè)計(jì)者來說，這有效縮小了設(shè)計(jì)尺寸。 間隙鐵氧體也有很多優(yōu)點(diǎn)，間隙鐵氧體可以有很高的有效磁導(dǎo)率μeff，鐵氧體可以在500以上而鐵硅目前受限于μeff=125。間隙鐵氧體使用在一些低功率的設(shè)計(jì)時(shí)更為合適。
鐵硅鋁與鐵粉芯 除了承受直流偏置外，開關(guān)穩(wěn)壓電感器還有一定交流電，通常在10kHz至300kHz。這種交流電流會產(chǎn)生高頻磁場，造成磁芯損耗并導(dǎo)致磁芯變熱。這種情況在鐵硅鋁（Kool Mμ）中會減少，因此電感更有效率，溫度更低。 鐵硅鋁（Kool Mμ）的磁芯損耗低于鐵粉芯。關(guān)于接近零的磁致伸縮問題，鐵硅鋁（Kool Mμ）非常適用于消除濾波電感中的音頻噪音。鐵硅鋁（Kool Mμ）在制造時(shí)沒有使用有機(jī)粘結(jié)劑，因此，沒有任何熱老化問題。所有鐵硅鋁（Kool Mμ）磁芯都能在200℃下連續(xù)操作，相對的，鐵粉芯有磁致伸縮。 鐵硅鋁與硅鐵 大型電感器中也會使用特級的硅鐵疊片，通常是塊狀或條狀。硅鐵的優(yōu)勢在于飽和磁通密度較高。鐵硅形狀（E、U、I型的磁芯）也可以經(jīng)過適當(dāng)?shù)臉?gòu)造應(yīng)用于大型電感器。雖然硅鐵有較高的飽和磁通密度，但鐵硅具備更多優(yōu)點(diǎn)，例如較好的軟飽和度、很低的磁芯損耗、溫度穩(wěn)定性和較低的成本。
硅鐵塊具有離散間隙，與鐵硅鋁（Kool Mμ）的分布式間隙不同，因此隨著電流增加，飽和出現(xiàn)要快的多。鐵硅鋁（Kool Mμ）可利用飽和曲線的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出較小的電感器。 硅鋼裝配件中所用的環(huán)氧樹脂中一般不能像鐵硅鋁（Kool Mμ）在200℃操作。
鐵硅鋁（Kool Mμ）成本低于同等大小的硅鋼快。 在鐵損的部分，鐵硅的磁芯損耗遠(yuǎn)低于硅鋼疊片。用20μ鐵硅鋁和硅鐵相比較，在10kHz和50kHz的頻率情況下，硅鐵的磁損更厲害。 鐵硅鋁的特點(diǎn)和應(yīng)用 鐵硅鋁（Kool Mμ）是什么呢？簡單來說，它是由鋁-硅-鐵組成，它擁有相當(dāng)高的Bmax(1050tM),它的磁芯損耗遠(yuǎn)低于鐵粉芯及高磁通，有低磁致伸縮（低噪音），是低成本的儲能材料，無熱老化，可以用于替代鐵粉芯，在高溫下性能非常穩(wěn)定。 總結(jié)一下鐵硅鋁的特點(diǎn)：適當(dāng)?shù)某杀?，?yōu)于鉬坡莫合金/高磁通以及復(fù)合合金；較低的損耗，優(yōu)于鐵粉芯；高飽和度，優(yōu)于間隙鐵氧體；接近零的磁致伸縮，優(yōu)于鐵粉芯；無熱老化現(xiàn)象，優(yōu)于鐵粉芯；軟飽和，優(yōu)于間隙鐵氧體及復(fù)合合金。
鐵硅鋁（Kool Mμ）有六種磁導(dǎo)率（26μ、40μ、60μ、75μ、90μ和125μ）和三種形狀Toroids、Ecore、Ucore&Blocks。 鐵硅鋁應(yīng)用包括功率因數(shù)校正扼流圈，升壓/降壓穩(wěn)壓器，直流輸出電感器和回歸變壓器。 大型鐵硅鋁Kool Mμ應(yīng)用在高電流（功率）電感器、太陽能轉(zhuǎn)換、UPS不斷電系統(tǒng)、混合動(dòng)力汽車、風(fēng)能轉(zhuǎn)換和其他高電流應(yīng)用。 平板型的鐵硅鋁有兩種選擇，有傳統(tǒng)的方形和圓形。
相對方形的，圓形的有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如縮小整個(gè)電感器因繞制而增加的體積，在相同的匝數(shù)下減少繞線線長的使用，較小化的DCR（直流電阻），降低銅損，降低使用銅導(dǎo)線的成本和整個(gè)電感器的繞制成本。 鐵硅鋁（Kool Mμ）（平板型）的特點(diǎn)有應(yīng)用于高電流的設(shè)計(jì)，漏磁減少至非常低，較佳的直流偏置特性、良好的散熱效果和溫度穩(wěn)定性、具存儲能量的高性能，可直接安裝在PCB上。鐵硅鋁（Kool Mμ）（平板型）的應(yīng)用有在DC/DC轉(zhuǎn)換器、大電流扼流圈、電腦中的中央處理器。 綜上所訴，在磁芯的選擇上，要著重注意四個(gè)問題：第一，選擇合適的磁芯材料，鐵硅鋁（Kool Mμ）、鉬坡莫合金、高磁通、鐵硅合金或鐵氧體；第二，選擇合適的磁芯尺寸，包括形狀和大?。坏谌?，選擇時(shí)要注意繞制上的考量，比如電流密度、繞線的長短和匝數(shù)；第四，選擇時(shí)要兼顧性能和成本。