今天,小編將為大家介紹有關電感:鐵芯材料的種類,讓我們一起來看看~
用于開關轉(zhuǎn)換器的電感器屬于高頻磁性組件,中心的鐵芯材料最是影響電感器之特性,如阻抗與頻率、電感值與頻率、或鐵芯飽和特性等。
1. 陶瓷芯
陶瓷芯是常見的電感材料之一,主要是用來提供線圈繞制時所使用的支撐結構,又被稱為「空芯電感」(air core inductor)。因所使用的鐵芯為非導磁材料,具有非常低的溫度系數(shù),在操作溫度范圍中電感值非常穩(wěn)定。然而由于以非導磁材料為介質(zhì),電感量非常低,并不是很適合電源轉(zhuǎn)換器的應用。
2. 鐵氧體
一般高頻電感所用的鐵氧體鐵芯是含有鎳鋅(NiZn)或錳鋅(MnZn)之鐵氧體化合物,屬于矯頑磁力(coercivity)低的軟磁類鐵磁材料。一般磁鐵芯之磁滯曲線(B-H loop),磁性材料的矯頑磁力HC亦稱為保磁力,系指當磁性材料已磁化到磁飽和后,使其磁化強度(magnetization)減為零時所需的磁場強度。矯頑力較低代表抵抗退磁能力較低,也意味著磁滯損失較小。
錳鋅及鎳鋅鐵氧體具有較高的相對磁導率(relative permeability;μr),分別為約1500~15000及100~1000,其高導磁特性使得鐵芯在一定體積下可有較高的電感量。然而,缺點是其可耐受的飽和電流較低,且鐵芯一旦飽和,磁導率會急遽下降。
當用于功率電感時,會在主磁路留氣隙(air gap),可降低磁導率、避免飽和及儲存較多能量;含有氣隙時的等效相對磁導率約可在20-200之間。由于材料本身的高電阻率可降低渦電流(eddy current)造成的損耗,因此在高頻時損失較低,較適用于高頻變壓器、EMI濾波電感及電源轉(zhuǎn)換器的儲能電感。以操作頻率而言鎳鋅鐵氧體適合用在(>1 MHz),而錳鋅鐵氧體適用于較低的頻段。
3. 粉末鐵芯
粉末鐵芯亦屬于軟磁類鐵磁材料,是由不同材料的鐵粉合金或只有鐵粉所制成,配方中有顆粒大小不同的非導磁材料,因此飽和曲線較為緩和。粉末鐵芯多以環(huán)型(toroidal)呈現(xiàn)居多。
常見的粉末鐵芯有鐵鎳鉬合金(MPP)、鐵硅鋁合金(Sendust)、鐵鎳合金(high flux)及鐵粉芯(iron powder)等。因所含成分不同,其特性及價格也有所不同,因而影響電感器的選擇。以下將分別介紹前述之鐵芯種類并比較其特性:
A. 鐵鎳鉬合金(MPP)
鐵鎳鉬合金簡稱MPP,是molypermalloy powder的縮寫,相對磁導率約14~500,飽和磁通密度約7500高斯(Gauss),比鐵氧體的飽和磁通密度(約4000~5000高斯)高出許多。MPP具有最小的鐵損,在粉末鐵芯中,溫度穩(wěn)定性最好。當外加直流電流達飽和電流ISAT時,電感值緩慢降低,不會急劇衰減。MPP的性能較佳,但成本較高,通常作為電源轉(zhuǎn)換器之功率電感及EMI濾波之用。
B. 鐵硅鋁合金 (Sendust)
鐵硅鋁合金鐵芯是由鐵、硅、及鋁組成之合金鐵芯,相對磁導率約26~125。鐵損介于鐵粉芯與MPP及鐵鎳合金之間。飽和磁通密度比MPP高,約10500高斯。溫度穩(wěn)定性及飽和電流特性比MPP及鐵鎳合金稍微遜色,但較鐵粉芯及鐵氧體鐵芯為佳,相對成本較MPP及鐵鎳合金便宜。多應用于EMI濾波、功因修正(PFC)電路及開關電源轉(zhuǎn)換器之功率電感。
C. 鐵鎳合金(high flux)
鐵鎳合金鐵芯是由鐵及鎳組合而成,相對磁導率約14~200,鐵損及溫度穩(wěn)定性均介于MPP及鐵硅鋁合金之間。鐵鎳合金鐵芯的飽和磁通密度最高,約15000高斯,且可耐受直流偏置電流較高,其直流偏置特性也較好。應用范圍有功因修正、儲能電感、濾波電感、返馳式轉(zhuǎn)換器之高頻變壓器等。
D. 鐵粉芯(iron powder)
鐵粉芯是由顆粒非常小、彼此間絕緣的高純度鐵粉顆粒制成,制作過程使其具有分布式的氣隙。常見的鐵粉芯之形狀除了環(huán)型外,尚有E型及沖壓式。鐵粉芯之相對磁導率約10~75,約15000高斯之高飽和磁通密度。在粉末鐵芯中,鐵粉芯的鐵損最高,但成本最低。