采用磁粉芯做电感的一种设计方法

摘要：本文介绍了一种采用磁粉芯设计高度频开关电源中的有源功率因素调整电感和功率输出滤波电感的方法。因为磁粉芯具有恒磁导范围大及饱和动态特性好的特点，所以给设计带来很大方便。
叙词：电感 磁粉芯
在设计高频开关电源中的有源功率因素调整电感和功率输出滤波电感时，在临界电感值已知的情况下，初始电感值（即电流接近于零时）如何确定，需要多尺寸的磁芯，才能确保电感在额定电流（最在电流）时，磁芯不饱和。常常是设计者所关心和伤脑筋的事。
确定磁芯尺寸，文献上介绍两种方法：Ap(WaAc)和Kg法。这两种方法，都有同样缺点，在计算公式中都有不易确定的参数，如：K、Bm、J和a等。有时凭经验确定，不免会有偏颇。不是尺寸大了，或者磁芯容易饱和。
我们清楚，在电路中如果电感值大于临界电感值，电路工作在连续状态，否则就成为不连续的了。这里提到的两种电感，都有直流电流通过，电感的数值不可避免会因电流加大而减小。一旦磁芯饱和，将造成严重后果。如果我们对这种情况，不能有效控制，只得采取那种不惜以好多倍的临界电感值，作为初始电感直到避免磁芯饱和。实际上这样做，由于电感线圈的匝数会相当大，电流稍有些变化，就会引起很大安匝变动，往往使得磁芯更趋向饱和。
磁粉芯的最大特点：一是恒磁导范围大，其饱和和磁场强度高达几百A/cm。例如一个相当小的磁芯，外径只有1.27cm、内径为0.77cm，其饱和安匝高达600多；其二便是客观存在的饱和动态特性相当好，动态线形可以有效控制。这就给我们进行设计带来很大方便。
下面具体介绍如何根据提供的表格，进行磁芯的选择。


在临界电感值(Lc=12μH)和电流峰值(Ipk=20A)确定后，由以下公式计算磁能（W）值。即：
W=0.5×LI=0.5×12×20=2400(μJ)。
表3横栏首行列出百分磁导率系列，由0.25～0.8共八列。选定某一列时，就意着初始电感值(Lo)应为临界电感值(Lc)的41～25倍。竖栏首行按MPP(μe-60)、HF(μe-125)、Ms(μe-90)和铁粉芯IP(μe-75)次序排列。最小外径为20mm，最大外径为77.2mm。

我们先从表3中找到与2400相近的所在，向上可得到百分磁导数，如：0.25、0.33……。向左就是我们所要找的磁芯。可以同时找到好几个，做过比较后选定一个最理想的。
然后再从表2的相应位置（磁芯型号与百分磁导相交），找到它众判亲离NI值。拿它与表1最后一列的NI值进行比较，如果小于此值，线圈可能绕不下，此磁芯就不能选。就得选大一点尺寸的。下面列出表格作第一步的比较。请看下表：

经过比较初步选出4种磁芯，核算一下铜损情况，再审定饱和程度，以最后确定采用那种磁芯。继续看下表：

Lo分别为Lc的1.25、1.67、2.00和1.75倍。第6列的NI都小于第2列的NI#，磁芯不会饱和。大电流电感器，温升主要来自铜损。只看铜损，温升都不高，全可用。考虑价格因素，铁粉芯(IP)T130-52就相当理想。