铁硅铝磁芯的优势

铁硅铝磁芯的优势

究竟是选择磁粉芯，还是铁粉芯？相信这个许多工程师在进行开关电源方案的设计中经常碰到。在高功率电感磁芯选择的问题上，磁芯、粉芯、铁硅铝以及铁氧体中的选择和比较是工程师经常探讨的问题。市场上高功率电感的磁芯选择还是挺多的，可供选择的电感材料有：铁硅铝（KoolMμ）、铁粉芯、铁硅（硅钢叠片）、间隙铁氧体、钼坡莫（MPP）和高磁通（HighFlux）等。那么他们究竟有什么特性适合怎么样的应用呢？

磁芯材料比较

铁硅铝与间隙铁氧体

铁硅铝和间隙铁氧体是两种常用的材质，在软饱和方面，间隙铁氧必须在下降曲线的安全区进行设计。铁硅被设计在受控制的下降曲线范围中，这样就能够提供的容错特性，特别是在高功率时候。

在磁通量比较方面，假设特定的50%下降设计点，铁硅铝(Kool Mμ)的磁通量是间隙铁氧体的2倍以上，这使磁芯的尺寸可缩小35%，设计时可以吧磁芯的尺寸缩小30%至35%。

软饱和曲线使铁硅设计本身具有容错能力，而间隙铁氧体则没有。

铁氧体磁通能力随温度变化，而铁硅保持相对稳定。很多铁氧体供应商或者厂家会给出产品在25%℃到100%℃不同环境下材质的差异。由于铁硅铝的材质及结果和间隙铁氧体不同，随着温度改变，变化不会很多。

在边缘损耗方面，铁硅不会发生边缘损耗，而间隙铁氧有很大的边缘损耗。铁芯的间隙部分随着温度的增加损耗会增加。铁硅铝（KoolMμ）也有间隙，但是这是均匀的分布式间隙，因为这个形式，在高功率的应用上会更好。

对于尺寸和储能，从铁硅铝（KoolMμ）与锰锌铁氧体在LI2值比较中可以看出，当尺寸都是55mm的大小，测试铁硅铝用60μ，铁硅铝（KoolMμ）在体积大小的情况下，储能大概是锰锌铁铁氧体的2倍多。而当储能一样的时候，LI2值一样，铁硅铝（Kool Mμ）体积缩小了很多，对于设计者来说，这有效缩小了设计尺寸。

间隙铁氧体也有很多优点，间隙铁氧体可以有很高的有效磁导率μeff，铁氧体可以在500以上而铁硅目前受限于μeff=125。间隙铁氧体使用在一些低功率的设计时更为合适。

铁硅铝与铁粉芯

除了承受直流偏置外，开关稳压电感器还有一定交流电，通常在10kHz至300kHz。这种交流电流会产生高频磁场，造成磁芯损耗并导致磁芯变热。这种情况在铁硅铝（KoolMμ）中会减少，因此电感更有效率，温度更低。

铁硅铝（Kool Mμ）的磁芯损耗低于铁粉芯。关于接近零的磁致伸缩问题，铁硅铝（Kool Mμ）非常适用于消除滤波电感中的音频噪音。铁硅铝（Kool Mμ）在制造时没有使用有机粘结剂，因此，没有任何热老化问题。所有铁硅铝（Kool Mμ）磁芯都能在200℃下连续操作，相对的，铁粉芯有磁致伸缩。

铁硅铝与硅铁

大型电感器中也会使用特级的硅铁叠片，通常是块状或条状。硅铁的优势在于饱和磁通密度较高。铁硅形状（E、U、I型的磁芯）也可以经过适当的构造应用于大型电感器。虽然硅铁有较高的饱和磁通密度，但铁硅具备更多优点，例如较好的软饱和度、很低的磁芯损耗、温度稳定性和较低的成本。

硅铁块具有离散间隙，与铁硅铝（KoolMμ）的分布式间隙不同，因此随着电流增加，饱和出现要快的多。铁硅铝（KoolMμ）可利用饱和曲线的优点，设计出较小的电感器。

硅钢装配件中所用的环氧树脂中一般不能像铁硅铝（KoolMμ）在200℃操作。

铁硅铝（Kool Mμ）成本低于同等大小的硅钢快。

在铁损的部分，铁硅的磁芯损耗远低于硅钢叠片。用20μ铁硅铝和硅铁相比较，在10kHz和50kHz的频率情况下，硅铁的磁损更厉害。

铁硅铝的特点和应用

铁硅铝（Kool Mμ）是什么呢？简单来说，它是由铝-硅-铁组成，它拥有相当高的Bmax(1050tM),它的磁芯损耗远低于铁粉芯及高磁通，有低磁致伸缩（低噪音），是低成本的储能材料，无热老化，可以用于替代铁粉芯，在高温下性能非常稳定。

总结一下铁硅铝的特点：适当的成本，优于钼坡莫合金/高磁通以及复合合金；较低的损耗，优于铁粉芯；高饱和度，优于间隙铁氧体；接近零的磁致伸缩，优于铁粉芯；无热老化现象，优于铁粉芯；软饱和，优于间隙铁氧体及复合合金。

铁硅铝（Kool Mμ）有六种磁导率（26μ、40μ、60μ、75μ、90μ和125μ）和三种形状Toroids、Ecore、Ucore&Blocks。

铁硅铝应用包括功率因数校正扼流圈，升压/降压稳压器，直流输出电感器和回归变压器。

大型铁硅铝Kool Mμ应用在高电流（功率）电感器、太阳能转换、UPS不断电系统、混合动力汽车、风能转换和其他高电流应用。

平板型的铁硅铝有两种选择，有传统的方形和圆形。

相对方形的，圆形的有诸多优点，比如缩小整个电感器因绕制而增加的体积，在相同的匝数下减少绕线线长的使用，最小化的DCR（直流电阻），降低铜损，降低使用铜导线的成本和整个电感器的绕制成本。

铁硅铝（Kool Mμ）（平板型）的特点有应用于高电流的设计，漏磁减少至非常低，较佳的直流偏置特性、良好的散热效果和温度稳定性、具存储能量的高性能，可直接安装在PCB上。铁硅铝（Kool Mμ）（平板型）的应用有在DC/DC转换器、大电流扼流圈、电脑中的中央处理器。

综上所诉，在磁芯的选择上，要着重注意四个问题：第一，选择合适的磁芯材料，铁硅铝（KoolMμ）、钼坡莫合金、高磁通、铁硅合金或铁氧体；第二，选择合适的磁芯尺寸，包括形状和大小；第三，选择时要注意绕制上的考量，比如电流密度、绕线的长短和匝数；第四，选择时要兼顾性能和成本。