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技术公告 公告编号 KMC-E1 ? MAGNETICS KOOL M?? E 型磁芯 简介 B F E D A C M L Kool M?? 磁粉芯由铁合金粉制成,具有高温下低损耗的特性.

Kool M? E 型磁芯具有分布式气隙,适用于开关式稳压器电感、回转变压器和功 率因数校正 (PFC) 电感.Kool M? 的饱和度可达 10,500 高斯,因而可 以比间隙式铁氧体 E 型磁芯储存更多的能量,如此有助于降低磁芯的体 积.与间隙式铁氧体 E 型磁芯相比,Kool M? E 型磁芯不仅价格富有竞 争力,而且其特有的分布式气隙可以消除困扰铁氧体的间隙损耗问题. 与粉状 E 型铁磁芯相比,Kool M? E 型磁芯显示出卓越的低损耗属性与 优异的热属性. 图1表1零件号. A B C D(最小值) E(最小值) F L(额定值) M(最小值) 00K1207E (EF 12.6) in (mm) 0.500±.010 (12.7) 0.252±.004 (6.4) 0.140±.006 (3.6) 0.178 (4.4) 0.350 (8.9) 0.140±.005 (3.6) 0.070 (1.8) 0.104 (2.6) 00K1808E (EI-187) in (mm) 0.760±.012 (19.3) 0.319±.007 (8.1) 0.188±.006 (4.8) 0.218 (5.5) 0.548 (13.9) 0.188±.005 (4.8) 0.094 (2.4) 0.183 (4.6) 00K2510E (E-2425) in (mm) 1.000±.015 (25.4) 0.375±.007 (9.5) 0.250±.004 (6.5) 0.245 (6.2) 0.740 (18.8) 0.250±.005 (6.2) 0.125 (3.2) 0.246 (6.3) 00K3007-E (DIN 30/7) in (mm) 1.185±.018 (30.1) 0.591±.009 (15) 0.278±.006 (7.1) 0.376 (9.7) 0.768 (19.5) 0.274±.008 (6.9) 0.201 (5.1) 0.254 (6.5) 00K3515E (EI-375) in (mm) 1.360±.020 (34.5) 0.557±.009 (14.1) 0.368±.007 (9.4) 0.378 (9.6) 0.995 (25.3) 0.367±.008 (9.3) 0.175 (4.4) 0.310 (7.9) 00K4017E (EE 42/11) in (mm) 1.687±.025 (42.8) 0.830±.013 (21.1) 0.424±.010 (10.8) 0.587 (15) 1.195 (30.4) 0.468±.010 (11.9) 0.234 (5.9) 0.365 (9.3) 00K4020E (DIN 42/15) in (mm) 1.687±.025 (42.8) 0.830±.013 (21.1) 0.608±.010 (15.4) 0.587 (15) 1.195 (30.4) 0.468±.010 (11.9) 0.234 (5.9) 0.365 (9.3) 00K4022E (DIN 42/20) in (mm) 1.687±.025 (42.8) 0.830±.013 (21.1) 0.788±.010 (20) 0.587 (15) 1.195 (30.4) 0.468±.010 (11.9) 0.234 (5.6) 0.365 (9.3) 00K4317E (EI-21) in (mm) 1.609±.024 (40.9) 0.650±.011 (16.5) 0.493±.007 (12.5) 0.409 (10.4) 1.115 (28.3) 0.493±.008 (12.5) 0.238 (6) 0.310 (7.9) 00K5528E (DIN 55/21) in (mm) 2.16±.032 (54.9) 1.085±.016 (27.6) 0.812±.015 (20.6) 0.729 (18.5) 1.476 (37.5) 0.660±.015 (16.8) 0.330 (8.4) 0.405 (10.3) 00K5530E (DIN 55/25) in (mm) 2.16±.032 (54.9) 1.085±.016 (27.6) 0.969±.015 (24.6) 0.729 (18.5) 1.476 (37.5) 0.660±.015 (16.8) 0.330 (8.4) 0.405 (10.3) 00K6527E (Metric E65) in (mm) 2.563±.050 (65.1) 1.279±.150 (32.5) 1.063±.016 (27) 0.874 (22.2) 1.740 (44.2) 0.775±.012 (19.7) 0.394 (10) 0.476 (12.1) 00K7228E (F11) in (mm) 2.850±.043 (72.4) 1.100±.020 (27.9) 0.750±.015 (19.1) .699 (17.8) 2.072 (52.6) 0.750±.015 (19.1) 0.375 (9.5) 0.665 (16.9) 00K8020E (Metric E80) in (mm) 3.150±.047 (80) 1.500±.025 (38.1) 0.780±.015 (19.8) 1.103 (28.1) 2.334 (59.3) 0.780±.015 (19.8) 0.390 (9.9) 0.780 (19.8) 材料和直流偏压 Kool M? E 型磁芯具有四种磁导率:26?、40?、60? 和90?.下表列出了每种磁芯的磁性数据. 对开关式稳压器电感材料而言,最重要的参数是其在直流偏压下提供电感或磁导率的能力.图2为磁 导率随直流偏压的增加而减小的函数曲线.Kool M? 的分布式气隙使电感-直流偏压曲线变缓.在大多 数应用中这样的电感是受欢迎的,因为它既能提高效率又能拓宽操作范围.当电流需求固定时,较为平 缓的电感-直流偏压曲线可以在过载情形下提供额外的保护.图2以半对数曲线的形式描述了高电流下 的直流偏压特性.

1 10

100 1000 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

6 0 ?

9 0 ? 26?

4 0 ? 每单位的初始磁导率直流磁化力(奥斯特) 图2表2AL mH/1000 转±8 % 零件号 26? 40? 60? 90? 路径 长度 le (cm) 截面 面积 Ae (cm

2 ) 体积 Ve (cm

3 ) 00K1207E*2.96 0.13 0.385 00K1808E***

26 35

48 69 4.01 0.228 0.914 00K2510E***

39 52

70 100 4.85 0.385 1.87 00K3007E***

33 46

71 92 6.56 0.601 3.94 00K3515E***

56 75

102 146 6.94 0.84 5.83 00K4017E***

56 76

105 151 9.84 1.28 12.6 00K4020E***

80 108

150 217 9.84 1.83

18 00K4022E***

104 140

194 281 9.84 2.37 23.3 00K4317E***

88 119

163 234 7.75 1.52 11.8 00K5528E***

116 157

219 NA 12.3 3.5 43.1 00K5530E***

138 187

261 NA 12.3 4.17 51.4 00K6527E***

162 - - NA 14.7 5.4 79.4 00K7228E***

130 - - NA 13.7 3.68 50.3 00K8020E***

103 145

190 NA 18.5 3.89 72.1 *** 磁导率代码已加入零件号,例如,磁导率为 60? 时其完整的零件号就是 00K1808E060

2 MAGNETICS 与间隙式铁氧体的对比 虽然高级铁氧体磁芯的损耗比 Kool M? 磁芯损耗低,但高电平时铁氧 体通常需要较低的有效磁导率才能阻止饱和.而铁氧体的初始磁导率又 很高,这样就需要相对较大的气隙才能获得较低的有效磁导率.而大气 隙又会产生间隙损耗(这个复杂问题通常会在比较材料损耗曲线时被忽 略掉).简单来说,由于气隙周围存在边缘通量,间隙损耗会大幅增加 损耗量(图3).边缘通量与铜线圈相交,会在导线中产生过量涡流. 由于 Kool M? 的磁通量比铁氧体的两倍还多,Kool M? 的直流偏流特 性明显比后者好(图4).这样,在通常衰减 50% 的情况下,如果设 计方案使用适度饱和的 Kool M?,那么就可以在磁芯体积减少 35% 的 情况下获得更佳性能.高温时二者的磁通量差异会更加明显,因为铁氧 体的磁通量会随温度升高而降低,而Kool M? 则保持相对稳定. 与Kool M? E 型磁芯相比,间隙式铁氧体磁芯也具有自己的优点.一 般情况下间隙式铁氧体的电感容限为 ±3%,而Kool M? 的电感容限为 ±8%.间隙式铁氧体也有更多的尺寸和形状供您选择.另外,由于铁氧 体材料的间隙有效磁导率更高些,因此非常适用于低偏压应用(如前馈 变压器和低偏压电感器). Kool M? 间隙式铁氧体 图31.0 有效磁导率为

60 的间隙式铁氧 体 磁导率为

60 的Kool M? 有效磁导率为

60 的间隙式铁氧体

1 0.9 0.8 0.7 每单位的初始磁导率0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

10 100

1000 直流磁化力(奥斯特) 图4MAGNETICS

3 铁粉KOOL M?

10000 1000

100 10 磁芯损耗(mw/cm3)

1 0.1 典型的磁芯损耗

100 KHZ 与铁粉的对比 Kool M? 比铁粉的优越之处主要在于其具有 较低的磁芯损耗,见图 5.并且 Kool M? (Al、Si、Fe 合成物)与铁粉(纯Fe 成分)具有相似的直流偏压特性,见图 6.除 了能够承受直流偏压,开关式稳压器电感还 能承受一定的交流电流(通常为

10 kHz 到300kHz).这样的交流电流可以产生高频磁 场,进而导致磁芯损耗并使磁芯发热.对于 Kool M?,这种影响将减小,因此电感将更 为有效且工作温度更低.另外,Kool M? 的磁致伸缩近乎零,可以降低铁粉磁芯、铁 氧体或硅铁片在 20Hz 到20kHz 范围内工作 时通常会产生的噪音.

10 通量密度(千高斯) 图5110

100 1000 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Kool M? 每单位的初始磁导率 铁粉 ) 直流磁化力(奥斯特 图64MAGNETICS 性能随温度的变化 如果居里温度约为 500°C 并且是在 -65°C 到+200°C 的范围内持续工作,Kool M? 就能在整个温度范 围内提供卓越性能.与铁粉不同,Kool M? 在制造过程中未使用有机粘结剂,因而就能摆脱困扰铁粉磁 芯的热老化问题.另外,Kool M? 的电感也能在温度变化时保持相对稳定,见图 7.和某些铁氧体材料 不同的是,Kool M? 的损耗不会随温度的升高而增大.此外,高温时 Kool M? 的饱和通量密度不会显 著下降,此特性会降低铁氧体的直流偏压处理能力. -50 -25

0 25

50 75

100 125

150 175

200 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2

0 2 60? 90? 60? 90? 26? 26? 温度 (°C) 磁导率的变化百分比图7漏磁通 当部分磁场超出磁芯结构之外就会发生漏磁通.所有变压器和电感器都会产生一定量的漏磁通,但低磁 导率材料所产生的漏磁通比高磁导率材料要多.为了防止饱和,高磁导率铁氧体通常都带有间隙,而且 经常会采用单一间隙.在这种结构下,漏磁通将集中在单一气隙的周围.低磁导率材料(如Kool M?) 的气隙呈分布式,因而漏磁通也分布在磁芯结构的四周. 漏磁通会增加磁芯的有效面积、减少其有效路径长度.这样,低磁导率磁芯的测量电感通常比其计算值 大,请看下面的公式: L = .4 π ? N2 Ae 10-8 / le 其中: L = 电感量(以亨为单位) ? = 磁芯磁导率 N = 转数 Ae = 有效截面面积(以cm2 为单位) le = 磁芯磁路长度(以cm 为单位) 磁芯外型尺寸也会影响漏磁通.对E型磁芯而言,线圈越长漏磁通越小.另外,线圈体积越大磁芯的 漏磁通也越大. MAGNETICS

5 外部漏磁场 磁芯形状影响外部漏磁场.因为对 E 型磁芯而言,磁芯的大部分都围绕着线圈,而对环形磁芯而言是 线圈围绕磁芯,所以前者的外部漏磁场大于后者.使用 Kool M? E 型磁芯时,必须考虑其外部漏磁 场.Kool M? E 型磁芯不能用金属支架安装,因为漏磁通会在支架中集中,导致总损耗增加.布置电路 板时一定要考虑漏磁场.易于受漏磁场影响的组件应当远离 Kool M? E 型磁芯,该距离近似于其与间 隙式铁氧体的间距.欲了解该内容的详细信息,请向 Magnetics 应用工程部门索取有关《Kool M? E 型 磁芯漏磁通考虑事项》的白皮书副本. 金属构件 多数尺寸的 Kool M? E 型磁芯都可使用金属构件,见表 3.另外还有供多数尺寸使用的普通或无销钉 式线圈管.详细信息请参考《Magnetics 粉末磁芯设计手册》5.5 页.磁芯采用的是行业标准尺寸,因 而能配合许多不同来源的标准线圈管使用.组装磁芯时,首先依照表面啮合情况将各部件接合起来,然 后轻轻敲打该组合的周边. 表3磁芯编号 线圈管编号 销钉数 线圈面积 (in2 ) 线圈面积 (cm2 ) 每转长度 (ft) 每转长度 (cm) 00K1808E (EI-187) PCB180881

8 0.049 0.316 0.133 4.05 00K2510E (E-2425) PCB2510T1

10 0.063 0.406 0.178 5.42 00K3007E (DIN 30/7) PCB3007T1

10 0.129 0.833 0.180 5.48 00K3515E (EI-375) PCB3515L1

12 0.147 0.948 0.241 7.34 00K4020E (DIN 42/15) PCB4020L1

12 0.300 1.94 0.300 9.14 00K4022E (DIN 42/20) PCB4022L1

12 0.300 1.94 0.335 10.21 00K4317E (EI-21) PCB4317L1

12 0.156 1.01 0.281 8.56 00K5528E (DIN 55/21) PCB5528WA

20 0.468 3.02 0.352 10.73 00K5530E (DIN 55/25) PCB5530FA

14 0.448 2.89 0.439 13.38 00K7228E (F11) 00B722801 - 0.632 4.08 0.49 14.94 00K8020E (Metric E80) 00B802001 - 1.25 8.06 0.542 16.52 延展 Kool M? E 型磁芯未来可预期的尺寸延展范围.适用时,金属构件将随磁芯一起提供.另外,还提供 U 型磁芯和部件(某些尺寸现在就........