本文為大家介紹了鐵粉心在PFC中的應用。根據有源PFC電感的特點，指出使用磁粉心作為有源PFC電感鐵心優於使用功率鐵氧體開氣隙磁心
，並介紹了FeSiAl材料的係列磁粉心，旨在增加廣大電源工作者選擇餘地，製造出體積更小、溫升更低

、價格更廉的功率因數校正器。

1、無源PFC中的電感材料選擇

無源PFC是一個由電感、電容組成的低通濾波器，如圖2所示是一種低通濾波器的電路原理圖，其中L1是共模電感，L2
，L3是差模電感。

共模電感是完全對稱、線(xian)圈(quan)匝(za)數(shu)相(xiang)同(tong)的(de)兩(liang)個(ge)電(dian)感(gan)線(xian)圈(quan)，繞(rao)在(zai)同(tong)一(yi)個(ge)鐵(tie)心(xin)上(shang)

，電(dian)流(liu)同(tong)方(fang)向(xiang)流(liu)經(jing)兩(liang)組(zu)線(xian)圈(quan)後(hou)，根(gen)據(ju)右(you)手(shou)螺(luo)旋(xuan)法(fa)則(ze)
，在(zai)電(dian)感(gan)鐵(tie)心(xin)內(nei)產(chan)生(sheng)兩(liang)個(ge)方(fang)向(xiang)相(xiang)反(fan)的(de)磁(ci)場(chang)
，由(you)於(yu)流(liu)經(jing)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)，線(xian)圈(quan)匝(za)數(shu)完(wan)全(quan)相(xiang)同(tong)

，磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)強(qiang)弱(ruo)相(xiang)當(dang)，因(yin)而(er)完(wan)全(quan)抵(di)消(xiao)，不(bu)存(cun)在(zai)磁(ci)飽(bao)和(he)問(wen)題(ti)

，主(zhu)要(yao)是(shi)要(yao)考(kao)慮(lv)電(dian)感(gan)鐵(tie)心(xin)材(cai)料(liao)的(de)初(chu)始(shi)磁(ci)導(dao)率(lv)μo，對於這類材料的μo越高越好
，通常有高μo係列的鐵氧體磁心，μo=4×103

，6×103
，8×103，1×104等類型，鐵基超微晶材料μo≥5×104，坡莫合金係列如1J79，1J851係列，μo≥5×104。在選擇金屬磁性材料時必須注意頻響問題(見圖3)1J79或1J851係列的磁心μo隨頻率上升而下降的幅度比較大，越薄的材料，μo隨頻率下降的幅度比較小，設計時應注意這一點。

圖1 低通濾波器電路原理圖

差模電感主要要解決磁飽和問題，在實際使用過程中，廣大電路工作者已經逐步認識到了磁粉心的優越性，使用鐵心加氣隙的作法(鐵氧體磁心加氣隙
，非晶磁心加氣隙，矽鋼磁心加氣隙)已越來越少。現在用於濾波器中差模電感鐵心大多為有效磁導率為60～75的磁粉心
，B500=1.34T，即在39788.5A/m(即500Oe)的磁場強度下，磁感應強度達1.34T。

圖2 磁芯u0隨頻率f的變化關係
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圖3是有效磁導率為75的鐵粉心的靜態磁滯回線，和鐵氧體材料相比
，有高的Bszhi
，buyibaohe
，yincitijizhishaokejianxiaoyiban，caiyonglianjiadetiefenzuoyuanliao
，bingqiebuxuyaokaikou，meiyouzaosheng，chengbenkedadajiangdi，jiagekeyihetieyangtibini，yi27×14×11的規格為例，它可以承受400安匝而不飽和，優點突出。

圖3 μe=75鐵粉心得B-H曲線

但是值得商榷的是
，可選擇作為濾波器的差模電感的磁粉心不僅僅是μe=75鐵粉心一種，圖5是鐵粉心係列μe=75，μe=55，μe=35磁導率隨頻率變化的曲線，可見它們磁導率隨頻率上升而下降的趨勢不同。圖6是MICROMETARS公司-8(μe=35)和上海鋼研精密合金器材研究所SF-33(μe=37.5)鐵(tie)粉(fen)心(xin)材(cai)料(liao)的(de)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)曲(qu)線(xian)，可(ke)見(jian)吸(xi)收(shou)峰(feng)出(chu)現(xian)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)，因(yin)此(ci)除(chu)了(le)考(kao)慮(lv)電(dian)感(gan)量(liang)大(da)小(xiao)，磁(ci)飽(bao)和(he)問(wen)題(ti)
，價(jia)格(ge)等(deng)因(yin)素(su)外(wai)，還(hai)應(ying)該(gai)考(kao)慮(lv)抑(yi)製(zhi)噪(zao)聲(sheng)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)
，來(lai)選(xuan)擇(ze)不(bu)同(tong)型(xing)號(hao)的(de)鐵(tie)粉(fen)心(xin)。

圖4 有效磁導率與頻率的關係曲線

圖5 兩種鐵粉心的插入損耗曲線
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2、有源PFC中的電感材料選擇

在zai功gong率lv放fang大da的de功gong率lv因yin數shu校xiao正zheng中zhong基ji本ben上shang是shi采cai用yong升sheng壓ya式shi變bian換huan電dian路lu，而er升sheng壓ya電dian感gan是shi串chuan在zai輸shu入ru回hui路lu中zhong，電dian感gan電dian流liu等deng於yu輸shu入ru電dian流liu，隻zhi要yao控kong製zhi電dian感gan電dian流liu就jiu可ke以yi達da到dao控kong製zhi輸shu入ru電dian流liu。功gong率lv開kai關guan器qi件jian的de切qie換huan速su率lvωS遠大於工頻ωo(ωS=Kωo，K　1);L值大得足以使電感中的電流連續，當功率器件開關切換脈衝占空比的變化遵循正弦規律時，即所謂正弦波脈寬調製(SPWM)時電感中流過的電流為：

當K=1時
，

iL=Ipsinωot(3)

即iL與輸入電壓一樣
，都是正弦波
，相位又相同
，從而實現了DF=1，cosφ=1，達到功率因數校正的目的。從圖7中可見，S的控製信號實際上受控於輸入電壓，開通時由全波整流電路為L充電
，關斷後L上的電壓與輸入電壓疊加為電容C和負載提供能量
，因此PFC中的電感是一個儲能電感而且電感量又必須足夠的大，在50Hz基波電流上又疊加了高頻成份
，對於該電感鐵心材料提出了相當高的要求，即在強的基波電流作用下不飽和又在高頻下有低的損耗。

圖6 基本升壓型有源功率因數校正電路

目前扼流圈鐵心使用的材料主要有兩類
，一類是功率鐵氧體磁心加開氣隙，另一類是磁粉心。表1是它們的飽和磁感應強度(Bs)的比較，其中錳鋅軟磁鐵氧體Bs值最低，為0.5T
，約為鐵粉心的一半左右
，因此在同樣安匝數下和鐵粉心相比截麵將增加1倍左右，因而體積勢必增大。

表1不同材料的Bs值比較

另(ling)外(wai)由(you)於(yu)加(jia)開(kai)氣(qi)隙(xi)，在(zai)鐵(tie)氧(yang)體(ti)開(kai)氣(qi)隙(xi)處(chu)表(biao)麵(mian)，形(xing)成(cheng)表(biao)麵(mian)渦(wo)流(liu)，造(zao)成(cheng)鐵(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)心(xin)局(ju)部(bu)升(sheng)溫(wen)
，使(shi)鐵(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)心(xin)發(fa)熱(re)
，當(dang)溫(wen)度(du)超(chao)過(guo)鐵(tie)氧(yang)體(ti)居(ju)裏(li)點(dian)時(shi)
，有(you)效(xiao)磁(ci)導(dao)率(lv)μe急劇下降為0
，這也是功率鐵氧體磁心用作電感不利的一麵

，許多電源工作者對鐵氧體磁心在有源PFC線路中用作儲能電感鐵心持否定態度
，可能主要就是這個原因吧。

關於磁粉心在PFC電感中的應用
，已被很多電源工作者所認可。目前磁粉心材料大致有鐵粉心，Sendust粉心(FeSiAl)
，坡莫合金粉心(P.P.M)，從損耗曲線上可以看出，P.P.M(μe=60)及Sendust(μe=60)和鐵粉心(μe=35)相比
，前二者約為後者的1/10～1/6，因此
，鐵粉心可以排除，無法用作PFC電感材料
，除非大大增加體積
，降低工作B值。
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國外文獻對於PFC電感材料一般都介紹坡莫合金係列，筆者以為，2Mo80NiFe磁粉係列(μe=160
，147
，125，60等)有優良的性能
，其頻率特性
、dianliutexing
，sunhaotexingjunweimuqianzuigaoshuiping，erqiexiliehua
，youkexuanzeyudi，danshijiagebijiaoanggui，zaidianyuanjiagejingzhengjiliedejintian，henduoshiyongzhewufajieshou
，womenxiangguangdadianyuangongzuozhetuijianbijiaolianjiadeFeSiAl粉心。

圖7 FeSiAl係列μe-f曲線

圖8 FeSiAl粉心μ/μ0-I曲線

圖9 損耗曲線(f=20kHz)

FeSiAl 材料很早就被發現有優良的磁性能(可以和坡莫合金相比擬)，高μ值(μo=8×104～10×104)
，低損耗，Bs=1.1T
，但由於其脆性，加工困難，而沒有大量使用。我所經過幾年的研製開發
，形成了係列的FeSiAl磁粉心產品，μe=90±5，55±5，35±5，目前進一步推向市場，圖7，8 是它們的μe-f曲線和電流特性曲線，可以和2Mo80NiFe相比擬，從圖9中所介紹的損耗曲線中可以發現
，它的損耗高於坡莫合金磁粉心，但遠低於鐵粉心，可用在PFC中作電感材料。

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