两种大电流逆变器用电感器设计与开发
电子线路主要由四个部分组成，即电阻、电感和电容三种元器件以及微电子芯片1。对于弱信号控制电路而言，电感的功率较小体积也非常小2，工作环境温度一般在50°C以下，有时甚至可以集成到板卡上或直接在微电子芯片光刻阶段由集成工艺阶段制作而成3。而对于大功率应用场景，工况情况完全不一样，如大电流逆变器，电感中流过的电流大小在几十安培甚至数百安培，工作环境温度在100°C左右。在如此之大的电流和高温环境下，作为电感器磁芯材料的选择显得尤为重要。在选定磁芯材料后，如何设计大功率环境下电感器也尤为重要：因为磁性材料在大功率环境下首先面临的是环境温度，一般长时间工况下，温度可达100°C左右，如何保持电感器工作温度稳定性是一个重要课题；此外大电流背景下，磁芯材料的磁导率会降低很多，导致电感值下降。因此，电感器电感值（L）随使用环境温度（T）和负载电流（I）变化行为也必须加以明晰。为了提高极端工作环境下电感器的电感值，一般要使用磁导率大和居里温度高的材料；此外，大电流环境下要保持电感的稳定性，还必须对磁芯材料加以开隙处理，通过牺牲磁导率来保持工作稳定性。由于逆变器需要工作在较高频率下，磁芯材料的电阻率要尽可能的小，为此需要用到铁氧体磁芯和金属磁粉芯。前者电阻率很高基本属于绝缘体且成本较低，后者具有高饱和磁感应强度、高电阻、良好的频率特性、高频损耗低、高宽恒导磁和恒导磁等优点，但成本较高。因此，针对不同应用场景需要选择合适的磁芯材料。
为了满足不同客户的需求，本论文尝试选用两种不同的磁芯材料：一种是锰锌铁氧体材料，另一种是金属磁粉芯材料，通过特定的磁路设计，制造出两种大电流环境下的电感器。通过测试发现，对于第一种电感器（BLK-110型，FeSi磁粉芯4），空载时室温25°C其电感值L=170mH；在180A电流负载下L=138mH；在250A负载时，L=102mH；在300A负载时，L=83mH。对于第二种电感器（PM-87型，锰锌铁氧体磁芯），室温25°C时，空载其电感值L=50mH；在70A电流负载下，其电感值L=50mH；在100A电流负载下，其电感值L=45mH；125°C时空载 L»51.8mH；在70A负载时L=51.9mH；在80A负载时，L=42.9mH；在90A负载时，L=25.7mH；100A负载时，L=19mH。经试用两种电感器完全符合客户要求。本工作为大电流逆变器用电感器的研发提供参考。
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