异形磁粉芯

高磁通Kool MμXFlux的异形磁芯提供多种尺寸,与开气隙铁氧体铁粉芯和硅钢片磁芯相比极具优势。此外,如需进行大功率应用设计,可以选择应用大尺寸的异形磁芯产品或者组合块状磁芯来满足多种客户定制设计。

Kool Mμ®异形铁硅铝磁粉芯

异形铁硅铝磁芯 (Kool Mμ)(包括E型磁芯、U型磁芯和块状磁芯)适合用于大电流电感,具备铁硅铝材料的全部优点:低磁芯损耗、优异的温度性能、接近零的磁致伸缩和软饱和。大电流电感的典型应用有不间断电源(包括不带变压器的不间断电源)、大功率PFC扼流圈、牵引装置和新能源的逆变器(用于太阳能/风能/燃料电池转换)。

XFlux®异形铁硅磁粉芯

XFlux材料亦提供E型和块状磁芯,是中低频电感器和扼流圈的理想选择。XFlux的高饱和磁通(1.6特斯拉)优势在大负载电感的设计和应用中,得到了充分的体现。这些应用包括新能源逆变器、以及不间断电源。铁硅铝 (Kool Mμ) 和铁硅 (XFlux) 磁芯的每种形状都具有不同的尺寸(参见第2页表1),与气隙铁氧体、铁粉芯和硅钢片相比具有优势。另外,为了构造超大磁芯,可通过定制和粘接这些异形磁芯来满足不同的定制设计。

High Flux 异形铁硅磁粉芯

高磁通材料目前也提供 EQ LP 两种形状的磁芯,可以最大程度优化扁平电感设计效率。在美磁推出的所有粉芯材料中,高磁通材料的直流偏置能力最强,同时磁损相对较低。凭借这些优势,高磁通磁粉芯非常适合大功率、高直流偏置或高交流偏置的应用,例如功率因数校正器 (PFC)、反激变压器和开关稳压器电感等。

单击此处输入美磁零件号,下载相应磁芯规格书。

             E型磁芯                               块状磁芯                            U型磁芯

                              

             EQ型磁芯                            LP型磁芯                            EER型磁芯
 

材料和直流偏置特性

开关调节电感器最重要的指标是它在直流偏置下提供电感量或保持有效磁导率的能力。磁导率与直流偏置图(图1显示了铁硅铝 (Kool Mμ) 材料的磁导率随 直流偏置的变化。随着直流偏置的增加,磁粉芯的分布式气隙使电感可以平缓的下降。在大多数应用中,这种摆动式电感是非常有用的,因为它提高了效率,减小了成品体积并扩大了工作频率范围。如果电流是恒定的,相对直流偏置曲线的软饱和电感还增加了承受过载状况的能力。

漏磁通

当部分磁场超出了磁芯结构时,会产生漏磁通。所有变压器和电感器都具有一定量的漏磁。在无漏磁的理想磁芯中,电感值可通过以下公式计算得到:

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在低磁导率材料中,漏磁将导致测量电感比利用上述公式计算得到的电感值要高。漏磁导致高出的这部分电感明显会受到线圈匝数、线圈设计方案以及磁芯几何形状的影响。这些因素甚至还会影响直流偏置性能和磁芯损耗。以下样品对比测试结果展示了不同形状或绕线的磁芯的直流偏置性能。对比双边绕线的U型磁芯,仅单边绕线其偏置性能明显逊色。双边绕线的U型磁芯和E型,环形磁芯偏置性能相当。

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通过以下测试结果,我们也可看到磁芯类型对磁芯损耗的影响。仅单边绕线的U型磁芯的磁芯损耗明显最低,其次是双边绕线的同类U磁芯,再其次是E型磁芯,最后是环型磁芯。
 
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磁芯的形状尺寸也会影响漏感值。以E型为例,绕线覆盖越长磁通路径的设计会产生越少的漏感,反之亦然。对于同样长度的线包,绕线密度越大,线包漏感越少。举例来说,100圈的线包产生的漏感占总感值比例会远少于5圈的线包。所以美磁的E型磁芯通常是按照绕满100200圈线包来测定AL值。U型磁芯的AL值是按照单边绕线的线包来确定的。 下列 U 型磁芯电感因子为单腿绕组测试的对应数据。
 

外部漏磁场

当使用E型磁芯、U型磁芯或块状磁芯时,必须考虑外部漏磁场,磁芯形状会影响漏磁通。对于异形磁粉芯形状(E型磁芯、U型磁芯和块状磁芯)而言,其大部分磁芯都围绕着绕组,因而外部漏磁场要大于绕组围绕铁心缠绕的环型磁芯。E型磁芯、U型磁芯和块状磁芯不能与金属支架组合,因为漏磁通可能会在支架中引起涡流加热,布置电路板时,必须考虑漏磁场。易受杂散磁场影响的元件应与磁芯隔开一定距离。有关本主题的更多信息,请访问美磁网站下载技术文件《铁硅铝 (Kool Mμ) E型磁芯的漏磁通问题

磁芯选择

在选择磁芯时,可采用以下步骤确定磁芯尺寸和匝数。只需知道设计应用的两个参数:直流偏置所需的电感以及直流电流。

1. 计算LI2的乘积。其中:L = 直流偏置所需的电感 (mH)I = 直流电流(安培)。

2. 使用Magnetics 2017磁芯选型表(第26-27页)中查找LI2值。

3. 现在已经知道电感和磁芯尺寸。使用下列步骤计算匝数:
     a) 2中获得磁芯的标称电感(AL,单位为nH/T2)。使用最坏情况的负公差 (-8%) 确定最低标称电感。有了这项数据之后,使用N = (L x 106 / AL)1/2计算所需的电感 (mH) 对应的匝数。
     b) 根据H = NIle的单位为cm)计算偏置 (A•T/cm)
     c) 根据磁导率-直流偏置曲线(图1),确定计算偏置水平的初始磁导率的系数。
     d) 通过将初始匝数(根据步骤3a所得)除以初始磁导率的系数来增加匝数。这将得到与所需的值接近的电感。最后的匝数可能需要反复迭代计算。

4. 选择一种导线或金属箔尺寸,并验证所得到的窗口占空比是否是可制造的。低于100%的负载循环可使用较小的导线尺寸和较低的绕组因数,但不可使用较小尺寸的磁芯。磁粉芯产品目录所列的LI2值基于60%的绕组因数(环形磁芯因数为40%)和相对于直流电流较小的交流电流。

LI2值基于所选磁芯尺寸的标称电感和磁导率26μ。导线电流密度为600 A/cm2。如果磁芯是用于相对于直流电流很大的交流电流,例如反激电感器,则可能需要略微更大的尺寸。这将有助于减小产生磁芯损耗的交流电流的工作磁通密度。LI2值仅适用于块状组合成闭合磁路的情况。

 

特殊设计和组合问题

许多应用需要特定的装配件,甚至定制的磁芯。磁粉芯的材料特性以及形状的灵活性使此类磁芯成为定制组合配件的理想选择。磁粉芯块状间通常不需要额外增加气隙,因为磁粉芯材料本身已存在分布式气隙。同时,不需要极端光滑的结合面(例如在铁氧体中所采用的)因为块状之间很小的附带间隙不会增加明显的额外气隙,对电感不会造成明显降低。用于组合块体的粘接剂通常需要比那些用于组合铁氧体的粘接剂厚,因为磁粉芯表面更粗糙并且有更多孔。为确保粘接牢固,磁粉芯可能会需要使用双倍的粘接

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