探讨功率因数校正技术PFC中的电感材料选择

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2 低通滤波器电路原理

　　差模电感主要要解决磁饱和问题，在实际使用过程中，广大电路工作者已经逐步认识到了磁粉心的优越性，使用铁心加气隙的作法（铁氧体磁心加气隙，非晶磁心加气隙，硅钢磁心加气隙）已越来越少。现在用于滤波器中差模电感铁心大多为有效磁导率为60~75的磁粉心，B500=1.34T,即在39788.5A/m（即500Oe）的磁场强度下，磁感应强度达1.34T.

　　图3 磁芯u0随频率f的变化关系

　　图3是有效磁导率为75的铁粉心的静态磁滞回线，和铁氧体材料相比，有高的Bs值，不易饱和，因此体积至少可减小一半，采用廉价的铁粉作原料，并且不需要开口，没有噪声，成本可大大降低，价格可以和铁氧体比拟，以27×14×11的规格为例，它可以承受400安匝而不饱和，优点突出。

　　图4 靍=75铁粉心得B-H曲线

　　但是值得商榷的是，可选择作为滤波器的差模电感的磁粉心不仅仅是靍=75铁粉心一种，图5是铁粉心系列靍=75,靍=55,靍=35磁导率随频率变化的曲线，可见它们磁导率随频率上升而下降的趋势不同。图6是MICROMETARS公司-8（靍=35）和上海钢研精密合金器材研究所SF-33（靍=37.5）铁粉心材料的插入损耗曲线，可见吸收峰出现在不同的频率范围内，因此除了考虑电感量大小，磁饱和问题，价格等因素外，还应该考虑抑制噪声的频率范围，来选择不同型号的铁粉心。

　　图5 有效磁导率与频率的关系曲线

　　图6 两种铁粉心的插入损耗曲线

　　2 有源PFC中的电感材料选择

　　在功率放大的功率因数校正中基本上是采用升压式变换电路，而升压电感是串在输入回路中，电感电流等于输入电流，只要控制电感电流就可以达到控制输入电流。功率开关器件的切换速率鵖远大于工频鹊（鵖=K鹊，K 1）；L值大得足以使电感中的电流连续，当功率器件开关切换脉冲占空比的变化遵循正弦规律时，即所谓正弦波脉宽调制（SPWM）时电感中流过的电流为：

　　当K=1时，

　　iL=Ipsin鹊t（3）

　　即iL与输入电压一样，都是正弦波，相位又相同，从而实现了DF=1,cos达到功率 http://bbs.dianyuan.com/tech/adapter>因数校正的目的。从图7中可见，S的控制信号实际上受控于输入电压，开通时由全波整流电路为L充电，关断后L上的电压与输入电压叠加为电容C和负载提供能量，因此PFC中的电感是一个储能电感而且电感量又必须足够的大，在50Hz基波电流上又叠加了高频成份，对于该电感铁心材料提出了相当高的要求，即在强的基波电流作用下不饱和又在高频下有低的损耗。

　　图7 基本升压型有源功率因数校正电路

　　目前扼流圈铁心使用的材料主要有两类，一类是功率铁氧体磁心加开气隙，另一类是磁粉心。表1是它们的饱和磁感应强度（Bs）的比较，其中锰锌软磁铁氧体Bs值最低，为0.5T,约为铁粉心的一半左右，因此在同样安匝数下和铁粉心相比截面将增加1倍左右，因而体积势必增大。

　　表1不同材料的Bs值比较

　　另外由于加开气隙，在铁氧体开气隙处表面，形成表面涡流，造成铁氧体磁心局部升温，使铁氧体磁心发热，当温度超过铁氧体居里点时，有效磁导率靍急剧下降为0,这也是功率铁氧体磁心用作电感不利的一面，许多电源工作者对铁氧体磁心在有源PFC线路中用作储能电感铁心持否定态度，可能主要就是这个原因吧。

　　关于磁粉心在PFC电感中的应用，已被很多电源工作者所认可。目前磁粉心材料大致有铁粉心，Sendust粉心（FeSiAl），坡莫合金粉心（P.P.M），从损耗曲线上可以看出，P.P.M（靍=60）及Sendust（靍=60）和铁粉心（靍=35）相比，前二者约为后者的1/10~1/6,因此，铁粉心可以排除，无法用作PFC电感材料，除非大大增加体积，降低工作B值。

　　国外文献对于PFC电感材料一般都介绍坡莫合金系列，笔者以为，2Mo80NiFe磁粉系列（靍=160,147,125,60等）有优良的性能，其频率特性、电流特性，损耗特性均为目前最高水平，而且系列化，有可选择余地，但是价格比较昂贵，在电源价格竞争激烈的今天，很多使用者无法接受，我们向广大电源工作者推荐比较廉价的FeSiAl粉心。

　　图8 FeSiAl系列靍-f曲线

　　图9 FeSiAl粉心曲线

　　图10 损耗曲线（f=20kHz）

　　FeSiAl 材料很早就被发现有优良的磁性能（可以和坡莫合金相比拟），高熘担o=8），低损耗，Bs=1.1T,但由于其脆性，加工困难，而没有大量使用。我所经过几年的研制开发，形成了系列的FeSiAl磁粉心产品，靍=90目前进一步推向市场，图7,8 是它们的靍-f曲线和电流特性曲线，可以和2Mo80NiFe相比拟，从图10中所介绍的损耗曲线中可以发现，它的损耗高于坡莫合金磁粉心，但远低于铁粉心，可用在PFC中作电感材料。

　　3 结论

功率因数校正技术将得到越来越广泛的应用，广大电源工作者希望

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