我們看看最常用的合金磁粉芯材料,首先看電感量和偏置電流的關系。
磁粉芯特點總體介紹:
磁粉芯具有均勻分布式氣隙(和常見其它磁芯研磨氣隙或者開氣隙不同)
主要用于功率電感器的應用,特別是在開關模式電源(SMPS)的輸出濾波器,也稱為直流電感器。其他電源的應用包括差模電感器,升降壓電感器,和回掃變壓器。此類形最大的特點為高電阻率,低磁滯和低渦流損耗,以及在直流和交流條件下極佳的電感穩定性。 由于金屬磁粉芯內有天然的氣隙分布存在,具有軟飽和的特性,較鐵氧體而言有很大的優勢,其直流偏置不存在鐵氧體具有的硬飽和(磁導率在某個磁場下急速降低),而是隨著直流偏置力的增加,其磁導率以預期方式緩慢降低。
計算環形磁芯的有效磁路長度(廠家會給出具體的有效磁路長度)
一個沒有氣隙的環形磁芯的有效長度接近它的幾何周長,如下圖,實際中環形磁芯有外徑OD和內徑ID,所以需要取兩者的算術平均值來計算磁芯的周長,也就是磁路長度le,計算如下:
以下計算和說明均以規則磁場為依據,也就是我們常接觸到的磁芯電感,即磁場具有固定的路徑
相同規格的磁芯,選用KDM(和睦科達)OD6.35mm,以下是磁芯尺寸
磁場強度,采用CGS單位制(美制單位,長度:cm、質量:g、時間:s),計算以奧斯特(Oe)為單位的磁場強度,如下,其實就是安培環路定理
利用Excel計算磁導率衰減百分比
首先你找一家磁粉芯的廠家,找到規格書,然后查看它們工藝制造的材料的直流偏置下磁導率“擬合曲線”,如下是KDM(和睦科達)鐵硅鋁(Sendust)各種不同磁導率的直流磁化與磁導率百分比的變化曲線,首先必須清楚,這是磁導率的百分率,在磁場接近零附近磁導可以認為是100%,無任何衰減。
KDM的擬合曲線公式,曲線中也給出了此公式
計算某種材料在各種不同直流偏置下的磁導率變化,前面提到美制單位CGS下的電流產生的磁場,也是擬合曲線的橫軸
利用EXCEL計算不同安匝下的的磁場強度,表中藍色的數字
利用EXCEL計算不同磁場下磁導率百分比(磁導率的衰減變化)
實際擬合曲線標注,驗證符合程度
從圖中可以看出,對于相對磁導率為90的鐵硅鋁材料(90u,規格如前面所示),隨著磁場強度的加強,磁導率是不斷下降的。
從磁導率衰減情況來說,最終影響的是磁導G或者我們常常接觸的電感系數AL
如下是磁場經過磁介質遇到的阻力,即磁阻Rm的表達式,u是磁芯的絕對磁導率,le是磁路長度,Ae是磁芯的截面積
磁阻的倒數是磁導G,也就是電感系數AL的表達式
電感的電感量量化表達式
磁導率變化了,磁導就會變化,也就是電感系數會相應變化
美磁一種鐵硅鋁磁芯電感系數隨偏置磁場的變化情況
KDM各類磁粉芯材料的電感系數隨著偏置磁場的變化情況
其實我們知道,任何磁芯材料,它的磁導率不是一成不變的,它是隨著磁場的變化而變化,如下磁滯回線中也可以看出磁感應強度“B”和磁場強度“H”的比值就是磁導率,它不是線性的。
所以,當你制作電感時技術人員就會問你,在多大電流下要多少電感量,也就是這個原因;電感工作在連續模式(CCM)下,一直會存在直流偏置施加在電感上,因為CCM下,能量是不完全釋放的,好處是可以減小輸出紋波。
另外,溫度和頻率都會影響電感量,這個也是必須注意的
下圖是KDM鐵硅鋁磁粉芯磁導率和頻率的關系圖,可以看出頻率增長,磁導率也是衰減的。
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