无源PFC是一个由功率电感、电容组成的低通滤波器,如图2所示是一种低功率电感生产厂通滤波器的电路原理图,其中L1是共模电感,L2,L3是差模电感。
共模电感是完全对称、线圈匝数相同的两个电感线圈,绕在同一个铁心上,电流同方向流经两组线圈后,根据右手螺旋法则,在电感铁心内产生两个方向相反的磁场,由于流经电流大小,线圈匝数完全相同,磁场强度强弱相当,因而完全抵消,不存在磁饱和问题,主要是要考虑电感铁心材料的初始磁导率静,对于这类材料的静越高越好,通常有高静系列的铁氧体磁心,静=4等类型,铁基超微晶材料静≥5×104模压电感器企业,坡莫合金系列如1J79,1J851系列,静≥5×104.在选择金属磁性材料时必须注意频响问题(见图2)1J79或1J851系列的磁心静随频率上升而下降的幅度比较大,越薄的材料,静随频率下降的幅度比较小,设计时应注意这一点。
图2 低通滤波器电路原理图
一体成型电感差模电感 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