我们看看最常用的合金磁粉芯材料,首先看电感量和偏置电流的关系。
磁粉芯特点总体介绍:
磁粉芯具有均匀分布式气隙(和常见其它磁芯研磨气隙或者开气隙不同)
主要用于功率电感器的应用,特别是在开关模式电源(SMPS)的输出滤波器,也称为直流电感器。其他电源的应用包括差模电感器,升降压电感器,和回扫变压器。此类形最大的特点为高电阻率,低磁滞和低涡流损耗,以及在直流和交流条件下极佳的电感稳定性。 由于金属磁粉芯内有天然的气隙分布存在,具有软饱和的特性,较铁氧体而言有很大的优势,其直流偏置不存在铁氧体具有的硬饱和(磁导率在某个磁场下急速降低),而是随着直流偏置力的增加,其磁导率以预期方式缓慢降低。
计算环形磁芯的有效磁路长度(厂家会给出具体的有效磁路长度)
一个没有气隙的环形磁芯的有效长度接近它的几何周长,如下图,实际中环形磁芯有外径OD和内径ID,所以需要取两者的算术平均值来计算磁芯的周长,也就是磁路长度le,计算如下:
以下计算和说明均以规则磁场为依据,也就是我们常接触到的磁芯电感,即磁场具有固定的路径
相同规格的磁芯,选用KDM(和睦科达)OD6.35mm,以下是磁芯尺寸
磁场强度,采用CGS单位制(美制单位,长度:cm、质量:g、时间:s),计算以奥斯特(Oe)为单位的磁场强度,如下,其实就是安培环路定理
利用Excel计算磁导率衰减百分比
首先你找一家磁粉芯的厂家,找到规格书,然后查看它们工艺制造的材料的直流偏置下磁导率“拟合曲线”,如下是KDM(和睦科达)铁硅铝(Sendust)各种不同磁导率的直流磁化与磁导率百分比的变化曲线,首先必须清楚,这是磁导率的百分率,在磁场接近零附近磁导可以认为是100%,无任何衰减。
KDM的拟合曲线公式,曲线中也给出了此公式
计算某种材料在各种不同直流偏置下的磁导率变化,前面提到美制单位CGS下的电流产生的磁场,也是拟合曲线的横轴
利用EXCEL计算不同安匝下的的磁场强度,表中蓝色的数字
利用EXCEL计算不同磁场下磁导率百分比(磁导率的衰减变化)
实际拟合曲线标注,验证符合程度
从图中可以看出,对于相对磁导率为90的铁硅铝材料(90u,规格如前面所示),随着磁场强度的加强,磁导率是不断下降的。
从磁导率衰减情况来说,最终影响的是磁导G或者我们常常接触的电感系数AL
如下是磁场经过磁介质遇到的阻力,即磁阻Rm的表达式,u是磁芯的绝对磁导率,le是磁路长度,Ae是磁芯的截面积
磁阻的倒数是磁导G,也就是电感系数AL的表达式
电感的电感量量化表达式
磁导率变化了,磁导就会变化,也就是电感系数会相应变化
美磁一种铁硅铝磁芯电感系数随偏置磁场的变化情况
KDM各类磁粉芯材料的电感系数随着偏置磁场的变化情况
其实我们知道,任何磁芯材料,它的磁导率不是一成不变的,它是随着磁场的变化而变化,如下磁滞回线中也可以看出磁感应强度“B”和磁场强度“H”的比值就是磁导率,它不是线性的。
所以,当你制作电感时技术人员就会问你,在多大电流下要多少电感量,也就是这个原因;电感工作在连续模式(CCM)下,一直会存在直流偏置施加在电感上,因为CCM下,能量是不完全释放的,好处是可以减小输出纹波。
另外,温度和频率都会影响电感量,这个也是必须注意的
下图是KDM铁硅铝磁粉芯磁导率和频率的关系图,可以看出频率增长,磁导率也是衰减的。
责任编辑人:CC
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