無源PFC是一個由功率電感、電容組成的低通濾波器,如圖2所示是一種低功率電感生產廠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、線圈匝數相同的兩個電感線圈,繞在同一個鐵心上,電流同方向流經兩組線圈后,根據右手螺旋法則,在電感鐵心內產生兩個方向相反的磁場,由于流經電流大小,線圈匝數完全相同,磁場強度強弱相當,因而完全抵消,不存在磁飽和問題,主要是要考慮電感鐵心材料的初始磁導率靜,對于這類材料的靜越高越好,通常有高靜系列的鐵氧體磁心,靜=4等類型,鐵基超微晶材料靜≥5×104模壓電感器企業,坡莫合金系列如1J79,1J851系列,靜≥5×104.在選擇金屬磁性材料時必須注意頻響問題(見圖2)1J79或1J851系列的磁心靜隨頻率上升而下降的幅度比較大,越薄的材料,靜隨頻率下降的幅度比較小,設計時應注意這一點。
圖2 低通濾波器電路原理圖
一體成型電感差模電感 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,硅鋼磁心加氣隙)已越來越少。現在用于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3 磁芯u0隨頻率f的變化關系
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Bs值,不易飽和,因此體積至少可減小一半,采用廉價的鐵粉作原料,并且不需要開口,沒有噪聲,成本可大大降低,價格可以和鐵氧體比擬,以27×14×11的規格為例,它可以承受400安匝而不飽和,優點突出。
圖4 靍=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靍=75鐵粉心一種,圖5是鐵粉心系列靍=75,靍=55,靍=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(靍=35)和上海鋼研精密合金器材研究所SF-33(靍=37.5)鐵粉心材料的插入損耗曲線,可見吸收峰出現在不同的頻率范圍內,因此除了考慮電感量大小,磁飽和問題,價格等因素外,還應該考慮抑制噪聲的頻率范圍,來選擇不同型號的鐵粉心。
圖5 有效磁導率與頻率的關系曲線
圖6 兩種鐵粉心的插入損耗曲線