磁粉心的飽和磁通密度高達(dá)10T（10000Gs）左右，在強(qiáng)磁場條件下，即工作在大電流時(shí)，磁心不易飽和。制作APFC電感，不用開氣隙，不會對電路產(chǎn)生電磁干擾（EMI）。而且由于其直流偏磁動態(tài)線性相當(dāng)好，通過設(shè)計(jì)計(jì)算可以精確地控制在額定電流時(shí)的電感值。恰當(dāng)選擇磁心尺寸和線圈匝數(shù)，還能得到滿意的磁心損耗的結(jié)果。
常見的磁粉心有鉬坡莫合金磁粉心（MPP）、高磁通磁粉心（HF）、鐵硅鋁磁粉心（MS）和鐵粉磁心（IP）。前兩種，國內(nèi)習(xí)慣上稱為鐵鎳鉬磁粉心和鐵鎳磁粉心。它們的磁心損耗數(shù)據(jù)見表1。前3種為美國阿諾集團(tuán)（ARNOLD）產(chǎn)品，后1種為臺灣產(chǎn)品。從表1可以明顯看出MPP磁心損耗最低，鐵粉心損耗最高，其它兩種居中。某種條件下，MS磁心損耗略低于HF磁心，接近MPP磁心。
MPP磁心價(jià)格比較貴，損耗低與成本高之間有矛盾，在要求溫升必須很低時(shí)，不得不采用這種較貴的磁心。對于要求不是特別嚴(yán)格的場合，完全可以經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，采用其它磁心，甚至采用損耗高的鐵粉心，也能得到滿意的結(jié)果。
1對電感設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)的剖析
對于設(shè)計(jì)與制作APFC電感，主要要求其溫升低（即損耗要?。硗馄庞绊懶?，能有效控制電感值在額定電流時(shí)不低于臨界電感值。
為了設(shè)計(jì)出性能價(jià)格比滿意的APFC電感，有必要對電感設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行充分的剖析。
有些參數(shù)是與磁心規(guī)格尺寸有關(guān)的如：AL，Ae，le，Ve，Wt，l/N，SA，Wa等。由le派生出H/NI，它等于0.4π/le，可稱它為磁場強(qiáng)度系數(shù)。磁心大，le就大，此值就小。乘上NI就是磁場強(qiáng)度值H。另外，亦可稱它為飽和系數(shù)，此值小，就不易飽和。在相同NI時(shí)，大磁心就比小磁心不容易飽和。還有一個(gè)參數(shù)：線圈匝數(shù)N。匝數(shù)多電感值就大。l/N為每匝導(dǎo)線平均長度，單位為cm。SA為線圈表面積。AL為電感系數(shù)，單位為nH/N2或μH/N2。電感系數(shù)同有效磁導(dǎo)率之間有這樣的關(guān)系：AL=μe·4π·Ae/le。電感系數(shù)與匝數(shù)和電感量之間的關(guān)系為：L=N2·AL。
控制磁心飽和比較簡單，就是選用尺寸大的磁心；采用磁導(dǎo)率低的材料。從圖1～圖4可以看出，低磁導(dǎo)率的曲線，隨磁場強(qiáng)度增大而下降的趨勢，比較平穩(wěn)緩慢(注：原稿縱坐標(biāo)稱“百分磁導(dǎo)率”，這里用相對磁導(dǎo)率μr表示）。
表1磁粉心磁心損耗（單位：mW/cm3）
| 牌號 | f=50kHz | f=100kHz | 計(jì)算公式 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| B/10－4T | 225 | 450 | 675 | 140 | 280 | 420 | |
| MPP60μ | 14 | 52 | 111 | 16 | 59 | 127 | 0.7066f1.483(kHz)B1.889(kGs) |
| 125μ | 11 | 46 | 106 | 14 | 58 | 132 | 0.2938f1.708(kHz)B2.028(kGs) |
| HF60μ | 15 | 71 | 174 | 14 | 67 | 164 | 1.586f1.423(kHz)B2.209(kGs) |
| 125μ | 32 | 131 | 299 | 33 | 137 | 313 | 2.207f1.459(kHz)B2.034(kGs) |
| MS | 18 | 69 | 151 | 20 | 77 | 168 | f1.477(kHz)B1.935(kGs) |
| IP－52 | 62 | 300 | 705 | 54 | 264 | 620 | 9.07×10－10f1.26(Hz)B2.11(Gs) |
| －18 | 43 | 238 | 597 | 36 | 184 | 461 | 6.44×10－10f1.18(Hz)B2.27(Gs) |
注：圖中橫坐標(biāo)的數(shù)值以O(shè)e作單位，系非法定單位，現(xiàn)換算為A.cm－1,1Oe=0.796A.cm－1
圖1MPP相對磁導(dǎo)率（μr）—直流磁場強(qiáng)度（H）特性曲線
圖2HI—FLUX相對磁導(dǎo)率（μr）—直流磁場強(qiáng)度（H）特性曲線
圖3SUPPER—MSS相對磁導(dǎo)率（μr）—直流磁場強(qiáng)度（H）特性曲線
圖4相對初始磁導(dǎo)率（μr）—直流磁場強(qiáng)度（H）關(guān)系曲線
同磁心損耗有關(guān)的參數(shù)比較多，給我們提供了調(diào)整余地。有兩個(gè)公式：Pcore=kfmBn和Bac=(L△I·102)/2AeN。前一公式說明磁心損耗正比于頻率和磁通密度。頻率一定時(shí)，磁通密度小，損耗就小。從后一公式可以看出，在分子值不變時(shí)，增大分母值，即增大Ae或N，或增大兩者的乘積，Bac值就減少。N值增加會加大銅損和磁場強(qiáng)度，要適當(dāng)處理。如選用低磁導(dǎo)率的材料，N增加既不會增加電感量又不會因磁場強(qiáng)度增加而使μr減少更多。增加Ae，會因AL值增加而使匝數(shù)減少，但只要兩者乘積增加就行。例如Ae增加1倍，AL也增加1倍，但N僅減少30％，Ae與N的乘積可增加40％，從而使Bac降低近30％。因此，只要對有關(guān)參數(shù)調(diào)整得當(dāng)，就可以得到滿意的設(shè)計(jì)效果。
2一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例
設(shè)計(jì)一只2000W的電感。Uo=400V，η=95％，f=100kHz,Ui（ac)min=90V。將△I設(shè)定在0.2Ii上。由以下公式，得出臨界電感值：通過以下的關(guān)系式，選擇所需磁心。
LI2=（NI）2AL′μrμ
移項(xiàng)后得AL′=LI2/（NI）2μr(2)
從表2可以查到不同磁心不同μr的NI值?，F(xiàn)選定μ為μr=50％。將某一磁心相關(guān)數(shù)字代入上述公式求得AL′值。將此值除以此磁心的AL值就可以得出要用多少只此種磁心。
?。?）選用ARNOLDMPP磁心866142，μr=50％的NI為733代入公式得AL′為：
AL′=(132×36.32)/(7332×0.5)=0.647
表2幾種磁粉心不同μr時(shí)的NI值
| 磁心 | 編號 | OD×ID×HT（cm3） | le(cm) | H/NI | μr=30％ | μr=40％ | μr=50％ | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| H(Oe) | NI | H(Oe) | NI | H(Oe) | NI | |||||
| MPP | 109156 | 58.04×34.75×14.86 | 14.30 | 0.0879 | 68 | 774 | 56 | 637 | 47 | 535 |
| 866142 | 78.94×47.96×13.97 | 19.61 | 0.0641 | 68 | 1061 | 56 | 874 | 47 | 733 | |
| 488075 | 58.04×34.75×14.86 | 14.30 | 0.0879 | 144 | 1638 | 119 | 1354 | 100 | 1138 | |
| 123068 | 78.94×47.96×13.97 | 19.61 | 0.0641 | 144 | 2246 | 119 | 1856 | 100 | 1138 | |
| HF | 225060 | 58.04×34.75×14.86 | 14.30 | 0.0879 | 200 | 2275 | 160 | 1820 | 123 | 1399 |
| 300060 | 78.94×47.96×13.97 | 19.61 | 0.0641 | 200 | 3120 | 160 | 2496 | 123 | 1919 | |
| MS | 225060 | 58.04×34.75×14.86 | 14.30 | 0.0879 | 139 | 1581 | 109 | 1240 | 86 | 978 |
| 300060 | 78.94×47.96×13.97 | 19.61 | 0.0641 | 139 | 2168 | 109 | 1700 | 86 | 1342 | |
| IP | T22518 | 57.2×35.6×14.0 | 14.60 | 0.0861 | 210 | 2439 | 135 | 1568 | 96 | 1115 |
| T30018 | 77.2×49.0×12.7 | 19.80 | 0.0635 | 210 | 3307 | 135 | 2126 | 96 | 1512 | |
| T22552 | 57.2×35.6×14.0 | 14.60 | 0.0861 | 130 | 1510 | 88 | 1022 | 64 | 743 | |
| T30052 | 77.2×49.0×12.7 | 19.80 | 0.0635 | 130 | 2047 | 88 | 1386 | 64 | 1008 | |
表330％μ時(shí)磁心參數(shù)計(jì)算結(jié)果
| 磁心No. | μr=30％的NI | 要求AL＇/μH·N－2 | 磁心AL/μH·N－2 | AL＇／AL/只 | 磁心/只 | Bac/Gs | PFe/mW | PCu/mW | △T/℃ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 866142 | 1061 | 0.515 | 0.142 | 3.6 | 4 | 211 | 4539 | 9610 | 23 |
| 488075 | 1638 | 0.216 | 0.075 | 2.9 | 3 | 223 | 2378 | 11113 | 41 |
| (HF)225060 | 2275 | 0.112 | 0.075 | 1.5 | 2 | 239 | 1946 | 11489 | 41 |
| (HF)300060 | 3120 | 0.060 | 0.068 | 0.9 | 1 | 285 | 2417 | 11092 | 30 |
| (MS)300060 | 2168 | 0.123 | 0.068 | 1.8 | 2 | 204 | 2886 | 11356 | 28 |
| T22518 | 2439 | 0.097 | 0.067 | 1.4 | 2 | 228 | 4768 | 14036 | 61 |
| T30052 | 2047 | 0.138 | 0.080 | 1.7 | 2 | 230 | 11631 | 12599 | 53 |
n=AL′/AL=0.647/0.142=4.6(只)
此結(jié)果，顯然無法采用。
?。?）選用ARNOLDMPP磁心123068，μr=50％的NI為1560代入公式得AL′為0.143，0.143/0.068=2.1。用2只磁心，可以采用。兩只合用，有些參數(shù)要修正為：
AL=0.136μH/N2，Ae=3.54;Ve=69.54;
l/N=8.79cm;SA=259。
設(shè)定μ=50％，起始電感值為：
132/0.5=264μH，N=44，Lo=263.3μH，
NI=44×36.3=1597.2，
H=1597.2×0.0641×0.7958=81.5A/cm
查曲線得μr=49％。
L31.3=263.3×0.49=129μH≈132μH