目前市场上高功率电感可以选择的铁芯材质很多，常用的材质包括：铁硅铝、铁粉芯、铁硅（硅钢叠片）、间隙铁氧体、MPP、高磁通等。

 

铁硅铝与间隙铁氧体的比较

铁硅铝与间隙铁氧体比较下的优势：在软饱和方面，铁氧体必须在下降曲线的安全区进行设计，而铁硅铝是被设计在受控制的下降曲线范围中；在磁通量方面，在特性的50%下降设计点，铁硅铝的磁通量是铁氧体的2倍以上，这使磁芯的尺寸可以缩小35%；容错方面，软饱和曲线使铁硅铝设计本身具有容错能力，而间隙铁氧体则没有；温度方面，铁氧体的磁能力随着温度下降，而铁硅铝保持稳定；边缘损耗方面，铁硅铝不会发生边缘损耗，而间隙铁氧体有很大的边缘损耗。

但间隙铁氧体也有一些优点：首先间隙铁氧体可以有很高的有效磁导率µeff，铁硅铝 (Kool Mµ) 目前最大仅为µeff = 125，而铁氧体可以在500 以上，比较适合一些低功率的设计；其次，电感系数的公差值较低，多数铁氧体的公差值为±3%，而铁硅铝 (Kool Mµ) 为±12%；另外铁氧体有较多种类的形状，而铁硅铝 (Kool Mµ)形状目前受限于E-Core、U-Core &Blocks。

 

铁硅铝与铁粉芯的比较

铁粉芯基本上由纯铁组成，图1对二者的直流偏置特性进行了比较。可以看出二者的直流偏置特性比较接近。

图1 铁硅铝（红色）与铁粉芯（黑色）的直流偏执特性曲线。

 

除了承受直流偏置外，通常的开关频率会在10kHz到300kHz左右，在这个范围内有时会产生高频率的纹波，从而产生高频的磁场，会造成使用铁粉的磁芯变烫发热，所以损耗也会增加。由于铁硅铝的结构与铁粉芯不同，所以温升较低，效率更高。

铁硅铝与铁粉芯比较下的优势：在磁芯损耗方面，铁硅铝的磁芯损耗低于铁粉芯；铁硅铝具有接近零的磁致伸缩，非常适用于消除滤波电感中的音频噪音；铁硅铝在制造时没有使用有机粘结剂，因此没有任何热老化的问题，所有铁硅铝磁芯都能在200℃下连续操作。

 

铁硅铝与硅铁的比较

大型电感器中也会使用特级的硅铁叠片，通常是块状或条状。硅铁的优势在于饱和磁通密度较高。铁硅铝形状（E、U、I型的磁芯）也可以经过适当的构造应用于大型电感器。虽然硅铁有较高的饱和磁通密度，但铁硅铝具备更多优点，如软饱和度、很低的磁芯损耗、温度稳定性和较低的成本。

 

铁硅铝介绍

铁硅铝由铁、硅、铝三种材质组成，其饱和直通量约为1050mT，其磁芯损耗远低于铁粉芯及高磁通，具有低磁致伸缩（低噪音），是低成本的储能材料，无热老化问题，有时候可用于直接替代铁粉芯，在高温下铁硅铝的性能非常稳定，目前具有六种磁导率（26μ、40μ、60μ、75μ、90μ、125μ）和三种形状（分别为Toroids、E core、U core & blocks）可应用于功率因数校正扼流圈、升压/降压稳压器、直流输出电感器和回扫变压器等。

图2 U cores

 

图3 Blocks

 

针对高功率应用，还有有一些大型铁硅铝。大型铁硅铝具有三种形状，分别为E cores、Toroids和跑道型。主要应用包括高电流 (功率)电感器、 太阳能转换、UPS 不断电系统、混合动力汽车、风能转换以及其他高电流应用。

 

铁芯的选择

在铁芯的选择方面，有几个因素需要工程师考量：首先要看磁芯材料是否满足应用的要求；其次在空间有限的情况下，对磁芯的形状和大小会有一定的限制；另外，在绕线部分，需要对电流密度、绕线长短以及线圈的匝数进行考量；最后还要兼顾性能和成本考量。

 

相关视频内容：http://seminar.eccn.com/090217/view.asp