在本文中，我將向您介紹DC-DC轉換器或電源濾波電感器等應用中使用的標準鐵氧體磁芯選擇指南和設計過程。該流程涉及一系列步驟，需要使用多份數(shù)據(jù)表，并且如果鐵氧體磁芯電感器設計需要間隙，則需要執(zhí)行一定程度的迭代。

在本文中，我將向您介紹DC-DC轉換器或電源濾波電感器等應用中使用的標準鐵氧體磁芯選擇指南和設計過程。該流程涉及一系列步驟，需要使用多份數(shù)據(jù)表，并且如果鐵氧體磁芯電感器設計需要間隙，則需要執(zhí)行一定程度的迭代。各階段如下：

在繼續(xù)之前，我們需要考慮決定使用鐵氧體磁芯而不是任何其他材料所造成的影響。請確保這是最適合您應用需求的材料。

紅框中突出顯示的是磁芯的有效長度；這是計算峰值磁通密度的重要值。它是組合兩瓣磁芯時磁通量的平均傳輸距離。如下圖中的藍線所示：

右邊展示的是磁芯組和PCB的構建方式；PCB銅軌將形成線圈環(huán)，我們可能需要堆疊數(shù)個小型PCB才能得到正確的匝數(shù)。這種設計的另一個目的是可能降低整體外形高度。因此，我們選擇了平面磁芯組。

研究并選擇鐵氧體材料（第2階段和第3階段）

實線表示材料的磁導率（鐵氧體“優(yōu)質”系數(shù)）。在100kHz下，它們的值都在2000左右。這告訴我們，與空氣相比，它們在（a）集中磁通量和（b）約束磁通量方面有多好。兩者都比空氣好2000倍，這一點很重要。但是兩者在100kHz下沒有太大區(qū)別，而且它們在高達1MHz的頻率下都具有合理的性能。

虛線表示磁芯材料損耗，在1MHz下，3F3材料略優(yōu)于3C90。

下一項比較表明磁導率隨磁芯溫度的變化程度：

在0°C至100°C的典型工作范圍內，3F3材料將是首選。未顯示的另一項比較是磁芯飽和水平。不過，我沒有將其包括在內，因為兩種材料的飽和水平非常接近，并且不會影響選擇3F3材料的決定。

概述

我們選擇了名為E38/8/25（Ferroxcube制造）的磁芯類型，并調查其制造材料。材料3C90和3F3都很常見，在研究其材料規(guī)格時，我們決定使用3F3，因為它的性能更好。

為了得到這些結論，我們需要研究三份不同的數(shù)據(jù)表；磁芯組E38/8/25的數(shù)據(jù)表顯示其制造材料，還告訴了我們一個關鍵參數(shù)，即有效長度。然后，我們研究了這兩種材料的數(shù)據(jù)表，進行了并排技術比較。

計算匝數(shù)（第4階段）

相關數(shù)值是左下角的7250。該數(shù)字的含義是，一匝銅繞組的電感將為7250nH（7.25）。這是使用兩個相同的平面磁芯組合在一起時的值。您還應該注意磁芯磁導率（）的關聯(lián)值為1570。最初在材料規(guī)格中，該值為2000；不過，模制成磁芯后，該值會稍微減少。中的“e”代表“有效”，即被稱為有效磁導率。

計算所需電流（第5階段）

我們有一個磁芯組（以及磁芯材料），現(xiàn)已計算出所需的匝數(shù)，但需要通上什么電流？會引起問題嗎？電流太大會導致磁芯飽和，因此應避免這種情況，但我們需要深入了解應用才能計算電流。在本示例中，我們假設應用是一個使用鐵氧體磁芯選擇指南和繞組作為DCM反激式變壓器鐵氧體磁芯的DC-DC轉換器。

因為它是反激式電路，所以我們無需分析任何次級電路方面以計算初級電流；我們只需要知道提供給負載的最大功率和工作頻率。因此，假設工作頻率為100千赫，負載所需的功率為40瓦。

將負載功率除以頻率，就會得到初級電路在每個開關周期必須存儲并傳輸?shù)酱渭夒娐返哪芰浚▎挝粸榻苟?。必須假設會有一些損失，因此我們會將能量提高10%，以解決這些損失。如果我們使用“眾所周知”的電感器能量公式，則可使用以下方程計算出一次電路所需的峰值電流：

當然，如果您想為繞組元件使用不同的應用電路，那么電流計算可能比上面顯示的更簡單。無論哪種情況，您仍然需要計算峰值電流以查看是否存在潛在的磁芯飽和問題。

計算出目標應用的電流為0.918安培，我們知道該電流是反激式轉換器的變壓器鐵氧體磁芯磁化電流。因此，它很容易使磁芯過度飽和。

計算磁通密度（第6階段）

為了計算磁通密度，我們需要使用峰值電流、匝數(shù)以及第1階段的有效長度值（）（兩個E38/8/25磁芯瓣為52.4毫米）。您還記得這個數(shù)值嗎？

峰值電流、匝數(shù)和都會影響一個稱為磁場強度（H）的值：

因此，將H乘以磁導率，即可得到磁通密度B。已知，與空氣相比，磁導率（）為1570；我們還知道（從各種來源），空氣的絕對磁導率為每米1.257。因此，我們可以如下計算B：

B = 210.2 ×1570 ×1.257 ×10-6 = 0.4148特斯拉

這是預測的峰值磁通密度，從文獻中得知，對鐵氧體磁芯來說，該值太高。鐵氧體在0.4特斯拉左右會嚴重飽和，因此我們必須稍微重新考慮方案。

確定是否需要間隙（第7階段）

答案很簡單：是的，我們需要降低預測的峰值磁通密度。好消息是，我們可以購買已預先實施間隙的E38/8/25磁芯組。還記得第4階段的數(shù)據(jù)表摘錄嗎？

我們可以選擇一個有間隙的磁芯和一個無間隙的磁芯，而不是選擇兩個無間隙的磁芯。這將產生以下磁芯結構：

如果我們選擇一個間隙為0.25mm（250）的磁芯，則AL值會降低到1000，這意味著我們需要更多匝數(shù)才能產生1mH電感。

• 從第四階段開始，我們現(xiàn)在應該使用32匝以得到1.024mH。
• 從第五階段開始，峰值電流應為0.927安培（之前為0.918安培）。
• 從第六階段開始，H現(xiàn)為每米566.1安培匝數(shù)（之前為210.2At/m）

B = 566.1 ×216 ×1.257 ×10-6 = 0.153特斯拉

然后，我們可以使用帶間隙的磁導率值216，重新計算峰值磁通密度。

這顯示了僅添加一個間隙的影響。我們傾向于為反激式轉換器設定一個低于0.2特斯拉的值，因此這個值比較合適。以下是仿真提供的結論（作為一種完整性檢查）：

這些數(shù)字相當吻合。間隙磁芯組（H場為566.1）的仿真磁通密度為129mT，而手動計算得出的值為153mT。針對無間隙12匝磁芯組（H場為210.2），我們得到的仿真磁通密度為413mT（非常接近手動計算的414.8mT）。

概括

首先，在設計變壓器鐵氧體磁芯或使用鐵氧體磁芯電感器時，使用正確的設計過程至關重要。其次，現(xiàn)實世界的最終測試是無法替代的。任何手工制作（或自制）的繞組元件都需要此過程。不過，本文只能真實地展示過程，希望您可以按照本文所述執(zhí)行操作以得到出色結果。如果您可以在此過程中更深入了解鐵氧體磁芯電感器設計和間隙設計，那將是一個額外的收獲。

（文章來源：Altium，博客作者：Mark Harris）