金属磁粉心设计电感器杂记 一金属磁粉心市场增长的动力之源 金属磁粉心.doc

金属磁粉心设计电感器杂记 一 金属磁粉心市场增长的动力之源 金属磁粉心的市场来自对铁氧体市场的掠夺，而这种掠夺主要来自三方面的因素：一是金属磁粉心产品在设计和制作电感器产品方面具有的性能优势；另一方面是整个世界对电子产品的EMI和EMC的强制认证要求；三是金属磁粉心技术和工艺的发展，新材料不断涌现，高频损耗特性越来越小，以及新的金属磁粉心磁集成技术，满足现在低压大流高功率密度需求，另外制作成电感器的相对成本不断下降。 1、金属磁粉心的特性（与铁氧体对比）（内因） a 闭和磁路（铁氧体要开气隙，有EMI），对外界几乎无EMI干扰见图1； b 由于金属磁粉心内部天然分布气隙，避免了像铁氧体要开气隙造成的局部损耗过高，造成热点温度，严重影响电感器绕组的寿命图1； b 具有铁氧体2倍的高Bs，制作成电感器具有很高的功率密度，体积可比铁氧体减少近1/3，尤其是做成一体式SMD电感器见图2； c 金属磁粉心的直流偏磁特性既直流偏磁场和磁导率（或电感系数）的变化是容易得到，且成平滑规律曲线状，电感器的饱和过程是软饱和见图3，按曲线设计成的电感器的实际效果和实际工作动态基本相一致； d 金属磁粉心具有很好的抗外界应力特性，使其具有更高的可靠性： 由于是粉末冶金工艺，使材料更具有韧性，抗机械冲击能力强于其他软磁材料； 金属磁粉心有更宽的工作温度范围（－55℃-200℃），很低的温度系数，一般小于300 ppm； 图1 金属磁粉心与铁氧体比较 图2 金属磁粉心SMD电感器 图3 直流偏磁特性对比 2、EMI和EMC强制认证标准牵引金属磁粉心市场增长（外因） 2.1、有源功率因数校正技术牵引金属磁粉心市场 a、电网谐波问题及有关标准的提出 随着现代工业的高速发展，电力系统的非线性负荷日益增多。如各种换流设备、变频装置、电弧炉、电气化铁道等非线性负荷遍及全系统，而程控交换机、电视机、高频逆变焊机、电子镇流器等信息设备、办公自动化设备和家用电器的使用越来越广泛。这些非线性负荷产生的谐波电流注入到电网，使公用电网的电压波形产生畸变，严重地污染了电网的环境，威胁着电网中各种电气设备的安全运行。其危害概括起来有以下几个方面： 可能使电力系统的继电保护和自动装置产生误动或拒动，直接危及电网的安全运行。 使交流供电设备(如交流发电机、UPS等)输出功率的利用率降低，并使输电线上的损耗增大，造成了紧缺资源的严重浪费。 使三相四线制电网中的三次及其倍数次谐波在中线同相位，导致合成后中线电流很大，甚至可能超过相电流。但由于安全标准规定中线无保护装置，因此可能过热起火发生安全事故。 使各种电气设备产生附加损耗和发热、使电机产生机械振动和噪声。 电网中谐波通过电磁感应、电容耦合、以及电气传导等方式，对周围的通讯系统产生干扰、降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通讯设备。 谐波使电网中广泛使用的各种仪表，如电压表、电流表、有功及无功功率表、功率因数表、电度表等产生误差。为消除此类误差，会大大增加制造成本。 增加了电网中发生谐波谐振的可能性，造成很高的过电压或过电流，从而引起安全事故。 由于电网谐波的诸多危害，国际社会已于上世纪八十年代和九十年代初制定了一些与此相关的标准，以期尽量消除或降低其危害，如IEC1000-3-2、IEEE-519、IEC555-2、EN60555-2、MIL-STD-1399、Bellcore001089等。我国也为此于上世纪八十年代研究对策，做了很多准备工作，并于1993年正式颁布了GB/T14549-93《电能质量 公用电网谐波》标准，1998年又制定了GB17625.1-1998标准。 在欧洲，从1992年开始对300W以上设备强制实行IEC555-2标准，并于1994年对300W以下设备也作出同样要求。在美国，早就对700W以上设备产生的谐波作出了限制。而在我国，但随着现代化进程的加速推进，及绿色电子产品的发展，3C认证标准中包括有一项新增加的PFC（谐波电流限制）电路考核指标，它是专门针对谐波电流问题而制定的。3C认证、公用电网谐波和基波无功功率的存在，最终均可归因于电网负荷的功率因数PF小于1并用其来表征。这里的PF包括相移因数和畸变因数(或称畸变系数、失真因数)。为了消除谐波和基波无功功率，应进行功率因数校正(PFC)，以提高负荷的功率因数，使其尽量接近于1，即等效于纯电阻负载。 传统的功率因数校正采用的是被动的无源校正网络，主要针对线性负荷如感性或容性负荷，以改善相移功率因数，降低无功功率。但其尺寸、重量大，难以得到高功率因数，且其工作性能与频率、负载变化及输入电压变化