功率因数增压前置调制器功率损耗计算www.tool-tool.com

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下文是Micrometals公司的布鲁斯卡斯顿(Bruce Carsten)执笔的技术应用文集和本公司编写的《PFC设计指南》的一个段落。技术应用的原文可随时向有兴趣者提供。

用增压前置调节器作为“前端”，通过交流电流(AC)的线性输入，以求得单位功率因数(UPF)。但电流量在交流电路中是不断变化的，即使在输入和输出条件“固定”时也是如此，这使计算磁芯在主电感器的损耗明显复杂了。

基本的交流-直流增压前置调节器电源电路如图1所示。这个电路的工作原理是为大家所熟悉的；主开关Q1的工作周期由逻辑电路控制(未示出)，用以提升整流后的输入线路电压“Vi”到输出电压“Vo”，同时使短期平均输入电流(L1 电流)与瞬时交流线路电压成正比。因为交流主电压是正弦波形(理想情况下)，线路电流也是正弦波形。

图1

功率因数增压前置调节器基本电路图

现在实际使用的控制技术和电路与UPF增压前置调节器损耗的计算几乎是不相关的，这个磁芯损耗的计算方法，一般应用于开关频率为常数的线路上。在此，通过大部份的交流电线性周期， 使增压电感器的电流高于“临界”(Critical)或连续的。

在计算主电感线圈(L1)中(相对)交流磁芯和高频绕组电流损耗的过程中，假设输入电压为正弦波，输出电高频交流峰值磁通密度可从开关电压的波形计算得出。用CGS单位制峰值磁通密度“B”的常用计算公式为：

:

最大通量“Bmax”发生在:

Vi =Vo/2

Where:
Vi = "Instantaneous" Input Voltage
Vo = DC Output Voltage

实际开关频率交流通量是随著半个周期的交流电线性电压改变，图2给出了在不同的Vi/Vo时(其中Vi=输入交流电压峰值)，B／Bmax与交流线相角θ的关系曲线。

图2

Ll铁芯中相对磁通密度峰值与交流输入电压及相位的关系在频率为常数时，磁芯损耗“Pfe”将另外表示为(Bn)，这里指数“n”一般在1.65和3之间。当磁芯损耗指数为2.0，2.5和3.0时，平均磁芯损耗(一个周期内)与“最大”损耗(当Vi=Vo/2)之比的结果， 由图3显示。

图 3

平均铁芯损耗与最大铁芯损耗比)与Vi/Vo及损耗指数“n”的关系曲线图

从图3可见， 当输入峰值/直流输出电压在0.61附近时，平均/最大磁芯损耗比达到最大值。磁芯损耗比并不敏感于损耗指数的变化。磁芯损耗比在损耗指数较高时相对少一些，但最大比(平均/最大)只是在n=3时的0.672 至n=2时的0.725之间。

因为大多数UPF增压前置调节器都会在最大损耗比的情况下工作，所以给出一个有用的概测法：“最坏情况”的平均磁芯损耗将是Vi=Vo/2时所计算出的损耗值的70%，这里峰值通量为

铁粉磁芯 PFC设计指南
基于交流容量(AC Content)和复杂的磁芯损耗计算，当设计和规定铁粉磁芯用于PFC时必须格外小心。铁粉磁芯在日常应用的环境温度，最高可达至55℃，所以由损耗引致温升的增加必须保持在最低值。

在进行PFC设计时，必须考虑到最坏的情况， 即功能最大，而且大多数设计形的输入电压峰值不是在最低水平，就是达到了增高电压或输出电压的0.61倍。在最低输入电压下绕线损耗最大，因为这时电流最大。而当输入电压峰值达到输出电压峰值的0.61倍时，磁芯损耗为最大。

必须意识到，在未完成全面的设计分析前，磁芯损耗为最主要损耗的 PFC设计是不可接受的。一般来说，本公司建议，磁芯损耗与铜耗之间的损耗分配必须小於50/50%例如：20/80%或25/75%是较好的磁芯损耗与铜耗之间的损耗分配。必须紧记，铜绕线比磁芯较容易散热。

PFC的应用显示：高交流磁通密度峰值的情况，比传统输出抗流的应用，较常见于磁芯。如果选用任何不适当的磁芯材料或小于指定尺寸的磁芯，磁芯会因为进行过高频率的磁芯损耗而产生温升，从而更可能导致热故障。

为了能冷却和“静的”电源供应，现今多利用变速风扇的设计。即使在减轻电源负荷的情况下，有效交流磁通密度和由PFC电感器产生的磁芯损耗大致不变，只有铜耗(I²R)减小。 由于变速风扇的减速， 使气流减弱，产生了比预期高的温度。

判断磁芯温度的“过热点”的最佳方法是在磁芯上打一个小的盲孔。并插入温差电偶丝。要求电偶丝与磁芯紧密接触才能得到精确结果，必须严密注意通风死角的温度情况，因为这些死角处的温度比冷风通道处的温度要高。建议单元组件的最恶劣条件下运行4至8小时，或运行到电感器达到热平衡为止。这样才能获得真正的磁芯的最高温度。要注意铁粉磁芯材料有不同的导热系数，会形成温度分级的情况。

关于导热系数请参考 Thermal Conductivity

选择磁导率较低的磁芯材料，会使动作磁通密度峰值和磁芯的相关损耗减小。这种磁芯损耗的减小，比抵消线圈损耗的增加更为重要。 Micrometals Design Software设计软件亦可为你的需要提供快捷的解决方法。

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

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AC或者纹波对直流电感器的影响www.tool-tool.com

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对许多DC电感器而言，AC或脉动通量的影响可以很显著，各材质的DC能量储存曲线是由10高斯(1mT)的AC磁通密度峰值处得到的，此时的纹波电流低于1%。 当AC磁通密度足够大时，则必须考虑它对磁芯损耗和磁导率(电感)的影响。

在Core Loss对DC抗流器的磁芯损耗作了注释，磁芯损耗曲线还包括了不同尺寸的磁芯在不同频率下及因磁芯损耗而引起的15℃温升时的Et/N(伏特-微秒／匝)额定值。

材料-26是DC输出抗流器常使用的磁芯材料，但当开关频率上升，材料-8、-18及-52的较低磁芯损耗特性，亦使它们成为很合适的选择，材料-8还因其较低的磁导率而有额外的好处。

其特定的每体积单位磁芯损耗 (mW/cm³)所引起的温升，取决于可供散热的磁芯有效表面积。由于体积是一个立方函数，而表面积是一个平方函数，一个磁芯的每体积单位散热能力便与其大小成反比。在温升相同时， 大磁芯的每体积单位散热量便比小磁芯为低，The Single Layer Winding Table和"Full Winding" Table线组表内包含了在温升10℃，25℃和40℃时，表面积和功率耗散方面的资料。

大多数DC输出抗流器，是在1000高斯(100mT)以下的AC磁通密度峰值操作的，而更典型的是处于200高斯(20mT)的水平。不同的铁粉材料受AC磁通密度峰值影响的情况显示在 Percent Initial Permeability vs. Peak AC Flux Density图里。当AC磁通密度峰值从10高斯(1mT)升至1000高斯(100mT)时，所有材料的磁导率初值百分率也相应增加。材料-26，-40及-52对高AC磁通密度的反应最明显。

材料-26对AC和DC磁化作用的结合影响的反应如"Percent Permeability vs. Total Magnetizing Force at Function of Ripple"所示，材料-40和-52的反应也很相似。-26 Material with 10% ripple 和 -26 Material with 25% ripple提供了材料-26在10％和25％脉动时的储能曲线，这些曲线已把磁芯损耗和磁导率的特性计算在内，当脉动低过1%时，较小的安培一圈数便能得到同样的储能值，但在高频率和高脉动时，由于磁芯损耗的限制，这种材料只能储存较少的能量。

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铁粉E形磁心气隙处理www.tool-tool.com

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除了铁粉材料本身特有的天然气隙分布结构外，加隙于E形铁粉磁芯，可再提高储能容量。但基于安培-圈温升的限制，E形磁芯的加隙处理仅在磁导率较高的材料-26,-40及-52有价值.

在Percent Effective Permeability vs. AC Flux Density Graph, Percent Permeability vs. DC Magnetizing Force Graph 和 Ampere Turns vs. DC Energy Storage for Optimum-Gapped E Cores Graph 显出了加隙对材料-26的基本磁性的典型影响。E形磁芯的磁化曲线跟环形磁芯的曲线有点不同。此不同处是由于不同的几何形状有不同的漏磁情况。同理，不同大小的E形磁芯之间也有一些差异，这些曲线图仅供参考而矣

材料-40和-52也出现类似的结果，材料-40的磁导率初值大约比材料-26和-52低20％，但当把这两种材料加隙处理後， 大家的有效磁导率便接近得多了。除了提高能量储存外，加隙处理还大大降低了这些材料在DC偏流时的摆动，其表现类似无隙的-8、-18、-30，和-34材料，由于材料-26，-40及-52比材料-8、-l8、-30，-34和-35便宜，此举便提供了另一个在设计上极吸引的选择。

在铁粉里加一个分立的空隙，对有效磁导率并无太大的影响，因此，相对于铁氧类和铁合金叠片类，E形铁粉磁芯的加隙处理是不重要的。

材料-26的E形介隙磁芯在最佳距离时的储能曲线图显示在Energy Storage Curves for optimum butt-gapped E Cores in -26 Material.底部。当线组结构相同时，用材料-52可达到类似或稍高的储能容量，用材料-40就可得稍低的能量容量。

介隙一词是指两个标准E形磁芯的实质分离(被间隔物介入)。例如一对磁芯，三对脚之间的距离均为0.01寸，其介隙便等于0.01寸，这就形成了相等于0.02寸的有效分立间隙：0.01寸的介隙即相等于一个0.02寸的中足间隙。

在E Core listing所示的E形磁芯系列里的E168、E168A、E220和E305型号，均有标准的中足间隙。E168、E168A型号可提供每只中足间隙为0.015寸的E形磁芯，一套两只合起来便成为中足间隙为0.030寸的磁芯；E220提供每只中足隙为0.020寸的磁芯。

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DC电感设计实例列表www.tool-tool.com

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本表假定纹波电流 < 1%. 纹波电流太大则需要更大的电感值以及导致更高的动作温度.

*基于铁损和铜损产生的最大温度上升是40 C°.

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

（４）航空エンド・ミル設計

（５）超高硬度エンド・ミル

（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド・ミル設計

（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計

弊社の製品の供給調達機能は：

（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給

（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給

（４）オートメーション整備調達

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DC电感器设计实例www.tool-tool.com

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实例 1
实例 2

要求:
45 μH at 7.5 amps DC
(< 1% ripple current)
要求:
45 μH at 7.5 amps DC
60μH max at 0 amps DC
(25% saturation max)
(<1>

确定下列设计因数的重要性：零件尺寸大小，温升和价格

设计先决条件
价格
温度上升
零件尺寸大小
设计先决条件
零件尺寸大小
温度上升
价格

选择可考虑的合适材料

应先考虑材料-26、-52和-40，原因是电感器的要求中并没限制摆动，而这些材料是最具性价比的
应考虑材料-8、-18、-28和-33，因有摆动限制的要求

计算需要的储能大小 (1/2 LI²)

1/2 LI² = (1/2) (45) (7.5)² = 1266 μJ
1/2 LI² = (1/2) (45) (7.5)² = 1266 μJ

选择磁芯尺寸和形状

材料-26将用於这一例子，参考 Core Loss Increase Due to Thermal Aging的储能曲线(Figure 4)。需要令线组变得“简单”和温升大约在25℃，宜选用T106规格的磁环。如需以骨架绕线，E137便是颇具吸引力的选择。
如零件大小是最基本的考虑，材料-8便是最佳选择。Core Loss Increase Due to Thermal Aging的能量储存表(Figure 1)指出，T94规格的磁环是在温升少于40℃时， 能达到能量储存要求的最小磁芯。我们亦须核对饱和度百分率曲线图(Core Loss Increase Due to Thermal Aging下部)，以确定这种磁芯可以在低于25%饱和度的情况下操作。

确定圈数

Core Loss Increase Due to Thermal Aging上部的曲线指出T106需要217安培-圈以产生1266 µj，因此,
NI = 162 / 7.5 = 29 turns

以E137磁芯作例子，储能曲线指出需有162安培-圈才能产生1266 µJ 因此,
NI = 162 / 7.5 = 22 turns

如用T106环形磁芯，“简单”绕线极限就差不多是典型的单层绕线方式，请参考Single Layer Winding Table。此表指出，17号导线适宜单层绕线，而导线的温升能在25℃之内，如用E137，则在""Full Winding" Table指出，大至13号的导线均可适用。

在Core Loss Increase Due to Thermal Aging的曲线指出，T94需在84.5%的磁导率初值(15.5%的饱和)下操作才能产生1266 µj可用下式计算圈数:

因需要一个完全线组才能令T94的温升在40℃之下，参考"Full Winding" Table， 此表指出应用16号的导线。此表亦包括用以计算线组的DC电阻的资料

决定线径

设计方案:
T106-26 穿 29匝 #17
或者E137-26 穿 22匝 #14
设计方案:
T94-8/90 穿 46匝 #16

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（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド・ミル設計

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由于热老化导致磁心损耗增加www.tool-tool.com

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以下讨论和举例说明热老化现象，以及影响和改变磁芯损耗的各种条件。无论哪家铁粉芯制造商，都希望永远降低磁芯损耗，从而在相等温度下延长使用寿命。作为设计工程师来说，理解在何种老化条件下会出现什么后果非常重要。在日常设计过程中应该结合这方面的知识。

热老化引起磁芯损耗不可逆增加，导致温度按延长线方向上升。这些在绕线磁芯上产生的后果和变化范围是下列因数的函数：时间，气温，气流，磁芯外形尺寸，动作频率，AC磁通密度峰值，材料类型以及生产制造商。在高频条件下，涡流损耗是主要损耗，而低频下磁滞损耗则是主要损耗。而各种损耗形式在总损耗中所占的比例也会受到磁通密度的影响。受到高温热老化影响的是磁芯损耗中的涡流部分。

第一个实例说明的是在磁芯损耗占主要损耗并采用小型磁芯时的情形。此时即使采用强力风冷措施也无法保证大量磁芯损耗的完全散热。

第一个实例为80 kHz下降压电感器的运作情况。参数如下:

L = 11.5 μH
Idc = 18 A
E pk = 45 V
E dc = 12.3 V

最大环境温度为60℃， 带变速电机驱动的风冷装置。当功率水平较低时，风量亦可相应降低。

磁芯选用的是T106-52，缠绕14匝AWG-14，使得铜损耗为1.72W。80KHz下交流磁通密度峰值为670G，所产生的磁芯损耗为4.9W。在自然通风条件下温升约83℃，计算所得的磁芯综合损耗为6.62W。由于这种部件的额定最大环境温度为60℃，因此电感器在没有强制风冷的不利情况下很容易达到140℃。值得注意的是，本公司生产的磁芯的损耗误差为±15%。这样，在磁芯损耗最严重的情况下，4.9W的额定损耗按5.64W计，总损耗为7.36W，在自然通风条件下温升约95℃，这样的温度水平对于那些在涡流损耗占总损耗主要之情况下运作的磁芯而言就太高了。T106形磁芯在40℃温升情况下总共可以安全散热2.59W。

注意，如果使用变速风机进行风冷时，应设计“磁芯损耗占主体”的报警指示。铜耗在低功率下会降低，但磁芯损耗则一般不会这样。对于以磁芯损耗为主要损耗的设计形，不应使用变速风机。 以铜损耗为主要损耗的设计，较之以磁芯损耗为主要损耗的设计要容易散热。铜线可以散热，而对于磁芯材料，隔热性对散热的制约因素必须加以克服。此外，电感器内部以及风冷“死角”处的温度一般要高几度。

图1中的上部曲线显示，由于运行温度过高，计算磁芯损耗会迅速上升。很明显，这种设计的表面面积太小，即使在风冷条件下也不足以安全散热。在The Single Layer Winding Table 和"Full Winding" Table说明了Micrometals公司几种磁芯的“总散热功率(W)与温升的对应关系”。设计人员借助该表可以很容易地断定设计方案是否能满足低于40℃温升的要求。

图1中的中部曲线显示，Micrometals生产的最小的磁芯能够满足温升小于40℃以及其他设计要求。这种磁芯为T130-8/90缠绕19匝AWG-10，铜耗约为1.0W。在80KHz下交流磁通密度的峰值降至465G，磁芯损耗降至2.5W。从该图看出，这种设计形可以保证磁芯在总温度100℃下，仍可安全运行100,000小时。

图1中的下部曲线显示T106-52形磁芯在与第一种设计型类似的条件下的情况，所不同的是此时直流输出电压为5V，而非12.3V。当AWG-12线材绕14匝时，交流磁通密度的峰值已降低到305G，磁芯损耗降低到1.0W。温升约33℃时磁芯和铜材综合损耗为2.04W。这种设计型可以保证总温度100℃下可安全运行100,000小时以上。

下一设计实例为使用大尺寸磁芯在两种不同频率和两种不同交流磁通峰值条件下的不同情形。第一种设计型为Micrometals的T300-26D磁芯在60Hz和10KG磁通密度峰值条件下的情况。计算磁芯损耗为7.35W，估计铜损耗为7.35W，这样，综合损耗为14.7W，产生的温升为33℃， 图2的下部曲线预示，即使在125℃温度条件下运行100，000小时，磁芯损耗也不会发生变化。在此频率下，几乎所有的损耗都来自磁滞损耗，而此种损耗一般不受温度影响。

图2的上部曲线显示一种设计型在40KHz和283G的交流磁通密度峰值条件下磁芯损耗将迅速上升的情形， 当总磁芯损耗与60Hz实例一样为7.35W时，在连续受热125℃条件下涡流将成为主要损耗形式，并不断增高。设计损耗为7.35W，在零时刻此种设计型的综合损耗为14.7W，产生的温升为33℃，经过20，000小时后，磁芯损耗增至9.5W，温升达37℃。在125℃温度下运行100,000小时后，磁芯损耗长至12.5W，温升达42℃。这种设计型虽然还不是极端的例子，但也说明了电感器温升随时间和温度变化而增加的函数关系。

铁粉磁芯的另外一个应用是用于功率因数校正升压扼流圈。这里计算磁芯损耗可能是最需要的功能。它的磁芯损耗的计算更加复杂且常被误解，使得容易做出有信赖性问题的不良设计。有关PFC升压扼流圈正确的磁芯损耗分析详细探讨，可以参考Power Factor Boost Preregulator Core Loss Calculations内容。当然，最新版的Micrometals design software已经含有PFC磁芯损耗功能。

TABLE 1

Solution #1
Solution #2
Solution #3

Part Number
E168-52
E168-52
E168-2

AL (nH/N2)
179
179
44

Turns
45
90
76

AWG#
14
17
16

Bpk @ 100 kHz (G)
389
195
230

Core Loss (mW/cm3)
489.0
120.0
61.5

Core Volume (cm3)
18.5
18.5
18.5

Core Loss (mW)
9,063
2,220
1,137

Copper Loss (mW)
866
3,480
2,324

Total Loss (mW)
9,929
5,700
3,461

Wound Surface Area (cm2)
66.7
66.7
66.7

Maximum Size (in)
1.7 x 1.7
1.7 x 1.7
1.7 x 1.7

T (C�)
65
41
27

Approx. Core Cost (per piece)
$0.23
$0.23
$0.55

Thermal Life (Hours)
<12,000
~1,000,000
>10,000,000

第三个实例为100KHz 的PFC升压扼流圈的设计。参数如下:

Lmin = 250 μH
Idc = 7 A
Epk In = 120V
Edc Out = 400V

查阅表一，你可以看到设计方案#1主要损耗是磁芯损耗9.06W，铜损只有0.87W。这种设计下的温升是65摄氏度。图三说明在环境温度55摄氏度条件下，这个部品会在两年内温度失控。

设计方案#2 证明用和设计方案#1同样的磁芯，只是简单增加所需匝数，用更小线径的线材，就可以使铜损和铁损（磁芯损耗）更加平衡。使效率得以提高（少了4.3W）,动作温度更低（△T=41℃）,热寿命戏剧性般延长接近两个数量级。这时我们可以明显看到设计方案#1是个不良设计，这也是大家经常犯的错误。

如果回路不能接受在设计方案#2中的由于匝数增加导致较大的电感值，也可以通过选用低磁导率的磁芯来更好平衡铁损和铜损。设计方案#3举例说明如何利用微金属的10µ材（材料-2）来完成。这个扼流圈将会是最有效和最可靠的，不过这种材料较材料-52更贵一些。

另外一个重要的热老化因素是铁粉磁芯的来源，换句话说，要谨防“等同”的磁芯。正如上面已经论证过那样，材料不同热寿命也不同，要差别几个等级。这道理同样适用于不同制造商的磁芯材料。大多数市面上讲的“等同”的磁芯，仅仅是外形尺寸和磁导率特性接近。

图四举例说明微金属的T90-26和竞争对手所谓“等同”磁芯，用相同匝数在75KHz和633G条件下测试他们的热老化特性。微金属的磁芯将会安全运行300,000小时，而竞争对手的磁芯在不到30,000小时就已经失控。很明显两者热老化寿命不在一个等级上。

微金属的磁芯和竞争对手的磁芯还有一点不太明显的差别在初始磁芯动作温度。对手的磁芯的初始磁芯动作温度比较高，所以磁芯损耗（铁损）也比较高。用另外例子，即使微金属将环境温度提高到60摄氏度，把初始磁芯动作温度调到和竞争对手的一样高，我们可再次预知他们之间的明显不同。

像上面举证的例子，先评价一家供应商的磁芯，然后用另外一家的替代可能会犯极端危险错误。同时，规范供应链也十分重要，要严格监控下级供应商不要用任何“等同”磁芯生产产品。

上页提到的design software ，不单对选择在直流电中应用的Micrometals铁粉磁芯来说，是十分重要的工具，更可补充即将介绍的能量贮存曲线的资料。

DC储能电感器是Micrometals铁粉磁芯的理想用途。在这用途上，磁芯必须承受相当的DC电流，而又能保持适量的电感以过滤高频讯号。所储的能量是电感与电流的函数。下面特别介绍了电感器的能量储存:

能量储存与磁通密度的平方除以该结构的有效磁导率成正比.

引进分立的气隙明显地降低了铁氧体和铁合金磁芯结构的有效磁导率。这让更多的能量被储存于气隙中，增加磁芯的储能能力。
铁粉磁芯内天然的微小气隙，均匀分布于整个磁芯体，这种气隙均匀分布的特微，使铁粉十分适用於储能电感器。

DC电感器通常分为三大类：

1. 专门设计用于由零至全负载时保持比较稳定的电感.
2. 专门设计在最低负载状态下(摆动)具有较大的电感值.
3. 需要一个最小的电感值.

Micrometals为每种材料(除了材料-2外，因其偏低的磁导率)不同尺寸的磁芯所制作的能量储存曲线图，可协助这些电感器的设计。这些曲线分别在每页上部
按安培-匝(NI)显示和在每页下部按饱和百分率(100%-磁导率初值百份率)显示。

每个材质的的曲线，是以10高斯(1mT)的AC磁通密度峰值为基础的。这代表了低于1％的典型纹波电流。在这种情况下，唯一能产生热的，是来自电阻性线组(铜)损耗。在10℃、25℃和40℃的温升下(在自由静止空气中)线组损耗所造成的储能极限，均标在每个曲线图上。当有明显较大的AC或脉冲磁通密度时，如Peak AC Flux Density on percent initial permeability上部所示的AC磁化特性会令磁芯产生较高的电感。此情况便要像Core Loss所述把高频率的磁芯损耗计算在内。更多说明见 Power Factor Boost Preregulator Core Loss Calculations.

由於材料-8、-18及-52在高频时有较低的磁芯损耗特性应考虑它们作为在100KHz以上动作的DC抗流器的材料。

在选择合适的磁芯材料之前，必须确定电感器电感摆幅的重要性。

1. 如果电感器必须在最小至全额电流时都维持一个相对稳定的电感时，则应考虑材料-8、-18、-30，-34和-35(或一种有隙的E形磁芯，参考Gapping Iron Powder E Cores)， 这些材料能够储存高能量而又保持最低的饱和度。

2. 如果电感器电感值需要有摆动(电感随电流的减弱而增大)，则应考虑材料-26、-40、-45、及-52，这些材料具有较高的磁导率，能产生2:1的摆动(50％饱和点)。

3. 对最低电感较为关注的设计，一般建议用材料-26、-40、及-52，因为这些材料极具性价比。

除了饱和因素外，线圈部分的温升是电感器设计时的主要限制因素。对于有极低AC脉冲水平的DC电感器，这种温升是由线组内的铜损耗引起的(DC通量对磁芯损耗无甚么影响)。

对于环形磁芯上的单层线组，不同大小的导线对电流处理的能力，以一个温升函数来说，是相当独立於磁芯的大小的。利用这点特性，编制出一个单层绕线表，列有在自由静止空气中，温升10℃、25℃和40℃的电流额定值. The Single Layer Winding Table

也为完全线组(有45％的磁环内径剩馀的)编制了一个类似的表(""Full Winding" Table)。在完全绕线时，某一个尺寸的导线的电流处理能力就不再独立于磁芯的大小了。但就任何一个尺寸的磁芯而言，在某一温升下，其安培一圈值会成为常数。这些安培-圈常数，已列在完全线组表内。

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