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磁环材料选取

磁粉心磁环的选取
1.磁环的作用
磁粉心是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料,由于铁磁性颗粒很小(高频下使用的颗粒为0.5~5μm),又被非磁性电绝缘膜物质隔开,因此,一方面可以隔绝涡流,适用于较高频率;另一方面由于颗粒之间的间隙效应,导致材料具有低导磁率及恒导磁特性;又由于颗粒尺寸小,基本上不发生集肤现象,所以磁导率随频率的变化也就较为稳定。

作为一种特殊的磁性材料,磁粉心主要用于高频电感和变压器。

2.磁环的材料
(1)铁粉心
包括由纯铁粉制成的铁粉心及由超细纯铁粉制成的羰基铁粉心。

铁粉心具有良好的偏磁特性,但在高频下损耗较大,适合制造差模滤波器、无源PFC电感,及低频下开关电路输出扼流圈(Buck电感)、有源PFC电感(Boost电感)等功率电感经济而实用的材料。

羰基铁粉心,与铁粉心相比,明显特点是高频下的涡流损耗小,具有优良的偏磁特性和很好的高频适应性,可应用在100kHz~100MHz 频宽内,是制造高频开关电路输出扼流圈、谐振电感及高频调谐磁心芯体理想的材料。

(2)铁硅铝、高磁通、铁钼镍(MPP)
铁硅铝、高磁通、铁钼镍粉心具有优异的性能,饱和磁密高,功率损耗小,在很宽的温度范围之内,性能变化小,同时具有优良的耐温、耐湿、抗振等高可靠性。

以上三种磁粉心均为分布气隙。

几种常用的磁粉心的性能比较如表1所示。

表1 几种磁粉心性能比较
(3)非晶合金
非晶纳米晶合金磁芯的典型特点是具有高磁感应强度、高磁导率、低铁芯损耗和优良的高频特性。

它是将特种钢液以大约每秒100万度的速率冷凝,一次使薄带成型得到的非品合金,比一般冷轧金属带制造工艺减少了许多中间丄艺,这种新工艺被称为是对传统工艺的一次革命。

由于超急速冷凝,合金原子来不及排列,因而没有晶粒、晶界存在,所以被称为非晶合金、这种材料有许多独特的性能,如优异的磁性、耐腐蚀性、高电阻率等…此外它损耗低,可使变压器体积减小,降低温升,提高工作效率。

3. 磁环的选取
1) 磁芯电感的计算
绕组磁芯的额定电感可以由磁芯的几何尺寸通过下式计算得到:
230.410
e e N A L l πμ= 式中:L 为磁芯电感(nH );μ为磁导率;N 为绕组匝数;e A 为磁芯交叠面积(2mm );e l 为磁路长度(mm )。

由于漏感的存在,实际测得的电感比额定值要大,之间的差值由许多因素决定:磁芯的尺寸,磁导率,磁芯涂层的厚度,绕线尺寸及匝数。

当磁导率在125以上及匝数超过500时,这种差异可以忽略。

磁芯的漏感估算(由经验数据获取):
1.0650.292e LK e
N A L l = LK L 为漏感(μH );
2) 磁芯温度稳定性
美磁磁芯的完成码上标记有磁芯的温度稳定性类别。

A2、A7、AY 、A5、A9为标准型;D4、W4、M4为可控稳定型;L6为线性稳定型。

标准型磁芯的磁导率vs 温度曲线表现出小的正温度系数;可控稳定型磁芯在给定的温度范围内表现出平直的温度系数;
3) 磁芯损耗计算
磁芯损耗计算公式b
c L pk P aB f =(3mW/cm )
式中:a,b,c 为常数,由功率损耗拟合曲线得到,pk B (T)定为为交流磁通振荡幅值的一半,max min 22
AC AC pk B B B B -∆==,f 频率:kHz. 计算例子:a )选择美磁铁硅铝磁环77098,额定工作电流580A ,无直流分量。

每匝电感量232±8% nH , 2.2 1.6391.58L P B F =
max 12[()]20.2432
AC DC e N I H I l ∆=+==3375 /A T m ⋅
min [
()]33752AC DC e N I H I l ∆=-==- /A T m ⋅ 对应地max 0.48 T AC B =,min 0.48 T AC B =-,0.96 T B ∆=
2.2 1.63391.580.480.050.138 mW/cm L P =⋅=
磁芯损耗:30.1383582431012.0 W fe L e e P P A l -=⋅⋅=⨯⨯⨯=
b )同一电感量的美磁MPP (铁镍钼)磁环55098,电流工况一致。

2.06 1.5653.05L P B F =;对应max 0.425 T AC B =,min 0.425 T AC B =-
2.06 1.5635
3.050.4250.050.085 mW/cm L P =⨯=
磁芯损耗:30.0853********.40 W fe L e e P P A l -=⋅⋅=⨯⨯⨯=
c )同一电感量的美磁High Flux (高磁通)磁环58098,电流工况一致。

2.23 1.47246L P B F =;
对应地max 0.49 T AC B =,min 0.49 T AC B =-,0.98 T B ∆=
2.23 1.4732460.490.050.613 mW/cm L P =⋅=
磁芯损耗:30.6133582431053.327 W fe L e e P P A l -=⋅⋅=⨯⨯⨯=
MPP 磁芯损耗最低,高磁通材料损耗最高,铁硅铝介于两者之间;考虑价格因素,宜选择铁硅铝材料磁环。

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