磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹

1、鐵氧體軟磁材料介召鐵氧體軟磁材料介召無錫斯貝爾：黃艦SPINEL內(nèi)容SPINEL磁芯磁芯鐵氧體磁芯鐵氧體磁芯合金類磁芯合金類磁芯錳鋅系材錳鋅系材*鎳鋅系材鎳鋅系材鎂鋅系材鎂鋅系材硅（矽）鋼材硅（矽）鋼材鐵粉芯鐵粉芯鐵硅鋁合金鐵硅鋁合金鐵鎳合金鐵鎳合金鉬坡莫合金鉬坡莫合金非晶、微晶合金非晶、微晶合金SPINELA）錳鋅系）錳鋅系 組成約為：組成約為：Fe2O3 71%, MnO 20%, 其他為：其他為：ZnO 電阻率高電阻率高(10 ohm-cm) 磁心損耗低磁心損耗低 居里溫度高居里溫度高 形狀：形狀：EE，EI，ER，PQ，RM，POT等型式。等型式。 用途：功率變壓器、用途：功率變壓器、

2、EMI共模濾波器、儲(chǔ)能電感等共模濾波器、儲(chǔ)能電感等SPINELB）鎳鋅系）鎳鋅系 組成約為：組成約為：Fe2O3 50%, NiO 24%, 其他為：其他為：ZnO 電阻率很高電阻率很高(107 ohm-cm) 工作頻率高工作頻率高 鐵心損耗較錳鋅系高鐵心損耗較錳鋅系高 居里溫度高居里溫度高 型式：型式：DR，R，環(huán)形等。，環(huán)形等。 用途：常模濾波器、儲(chǔ)能電感等用途：常模濾波器、儲(chǔ)能電感等 SPINEL 鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個(gè)分子鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個(gè)分子電流圈流向一致，因此在這些極小的區(qū)域內(nèi)電流圈流向一致，因此在這些極小的區(qū)域內(nèi)就形成了一個(gè)個(gè)天然的磁性區(qū)域就形成了一個(gè)個(gè)天然的

3、磁性區(qū)域。 鐵磁材料內(nèi)部的鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列磁疇排列，因此，因此對(duì)外不顯示磁性。對(duì)外不顯示磁性。 鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁性，是因?yàn)樵谒鼈兊膬?nèi)部具有一性，是因?yàn)樵谒鼈兊膬?nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。磁疇是怎么磁疇是怎么形成的？形成的？ 磁疇因受外磁磁疇因受外磁場作用而順著外磁場作用而順著外磁場的方向發(fā)生歸順場的方向發(fā)生歸順性重新排列，在內(nèi)性重新排列，在內(nèi)部形成一個(gè)很強(qiáng)的部形成一個(gè)很強(qiáng)的。SPINELBHBHBHBH(A)(B)(C)(D)SPINELBHHcBsBrIu電路部分電路部分磁路部分磁路部分H=NI/Le Le有效磁路長度BH 導(dǎo)磁率=BAe

4、 H 磁場強(qiáng)度 B磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br剩磁 Hc矯頑力 導(dǎo)磁率SPINEL磁滯回線中磁滯回線中H為為零時(shí)零時(shí)B并不為零并不為零 的現(xiàn)象說明鐵的現(xiàn)象說明鐵磁材料具有磁材料具有。BH0cbaoa段是段是ab段是段是bc段是磁化曲線的段是磁化曲線的C點(diǎn)以后是點(diǎn)以后是起始磁化起始磁化曲線反映曲線反映了什么？了什么？起始磁化曲線的起始磁化曲線的ab段反映了鐵磁材料的段反映了鐵磁材料的；c點(diǎn)以后說明鐵磁材料具有點(diǎn)以后說明鐵磁材料具有。磁滯回線中磁滯回線中B的變化總的變化總是落后于是落后于H的變化的變化說明說明鐵磁材料具有鐵磁材料具有軟磁材料反復(fù)磁化一周軟磁材料反復(fù)磁化一周所構(gòu)成的曲線稱為所

5、構(gòu)成的曲線稱為。 磁芯線圈中通過交變電流時(shí)，磁芯線圈中通過交變電流時(shí)，H的大的大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場中反復(fù)磁化的過小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場中反復(fù)磁化的過程中，程中，B的變化總是滯后于的變化總是滯后于H的變化，這種現(xiàn)象稱為的變化，這種現(xiàn)象稱為；當(dāng)；當(dāng)H減為零時(shí)減為零時(shí)B并不為零。并不為零。 磁導(dǎo)率可達(dá)磁導(dǎo)率可達(dá)102104，由軟磁材料組成的，由軟磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通大的磁通。 B不會(huì)隨不會(huì)隨H的增強(qiáng)而無限增強(qiáng)，的增強(qiáng)而無限增強(qiáng)，H增大到增大到一定值時(shí)，一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。不能繼續(xù)

6、增強(qiáng)。1 起始磁導(dǎo)率i 10 i是材料在弱場磁化過程中的一個(gè)宏觀特性表示量。是磁性材料的磁導(dǎo)率（B/H）在磁化曲線始端的極限值，i= B式中：limH0BH0為真空磁導(dǎo)率（410-7H/m）;H為交流磁場強(qiáng)度（A/m）;B為交流磁通密度（T）(測試時(shí)應(yīng)小于0.25mT)。注：i通常是用規(guī)定尺寸的環(huán)形磁芯測量而得；1 起始磁導(dǎo)率ii計(jì)算i = L/(4.6N2hlg(D/d) 107 (適用于環(huán)形磁芯) 式中 N 測試線圈匝數(shù)(N)L 裝有磁芯的線圈的自感量（mH）h 磁芯高度(mm)D 磁芯外直徑(mm)d 磁芯內(nèi)直徑(mm)測量方法2 有效導(dǎo)磁率e 變壓器或電感器磁芯中常用非閉合的E型、U型

7、等配對(duì)磁芯，其磁路各部分形狀尺寸不同，而且其配合面不可避免地仍有殘余氣隙； 此時(shí)，必須用有效導(dǎo)磁率e來表示磁芯的導(dǎo)磁率；e = LC1/(4N2) 107 C1 磁芯磁路常數(shù)(cm-1)3 振幅導(dǎo)磁率 作功率變換的開關(guān)電源變壓器磁芯是工作在高磁通密度下,因此必須引入振幅磁導(dǎo)率參數(shù)才能真實(shí)反映出功率型磁芯在高磁通密度下的磁特性; = 1/0 * B/H (式中規(guī)定的B值比測時(shí)高出數(shù)百倍以上,例如:200mT) 1 損耗因子tan 表示小信號(hào)下材料的損耗特性,由于磁芯損耗引起信號(hào)相移;tan= Rs/Ls Rs 磁芯及線圈損耗的等效電阻；Ls 裝有磁芯的線圈的自感量； tan稱損耗因子，表示損耗功

8、率與無功功率的比值，其磁芯損耗包括磁滯損耗、渦流損耗、剩余損耗即： tan= tann + tane + tanr SPINEL 氣隙對(duì)損耗因子的影響 磁芯開制氣隙后，可以增加磁場和溫度的穩(wěn)定性，損耗因子有所下降 （tan）gap = tane/i 比損耗因子 ，與材料幾何尺寸無關(guān)，表示小信號(hào)下材料的損耗特性；1 損耗因子tanSPINEL 磁性器件作濾波器的電感時(shí)，通常用品質(zhì)因素Q來表示它的質(zhì)量； Q = 1/ tan Q與頻率和繞組參數(shù)有關(guān)； 2 品質(zhì)因素 QSPINEL 3 大信號(hào)下的功率損耗PcP = Ph + Pe + Pr (Ph、Pe、Pr表示磁滯、渦流、剩余損耗)磁性材料在高磁

9、通密度下的單位體積損耗。該磁通密度通常表示為：Bm =E/4.44fNAe 106（mT） 式中：Bm為磁通密度的峰值（mT）E為線圈兩端的電壓（V）f為頻率（KHz），N為匝數(shù)Ae為磁芯的有效面積（m2）SPINEL 3 大信號(hào)下的功率損耗Pc 為標(biāo)準(zhǔn)化PC的測量，通常情況下根據(jù)使用情況指定測試頻率與Bm，如：16KHz 150mT;25Khz 200mT ;100KHz 200mT等測量方法SPINEL 1 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、矯頑力Hc 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs是把足夠大的磁場Hs加到磁性體后的自發(fā)磁化，即是飽和磁化強(qiáng)度Ms有以下的關(guān)系： Bs=Ms+0Hs 式中0表示真空

10、磁導(dǎo)率，0=410-7H/m。 大部分的軟磁鐵氧體的Ms處于200-500mT范圍之間，而且在103-104A/m的磁場內(nèi)飽和。因此，0Hs的值為1-10mT可忽視，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度可看作與飽和磁化強(qiáng)度幾乎相等。SPINEL 1 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、矯頑力Hc 由于軟磁材料在交變磁場中存在不可逆磁化而形成磁滯回線。如左圖： Bs為磁化到飽和狀態(tài)下的磁通密度； Br為從磁飽和狀態(tài)去除磁場后，剩余的磁通密度； Hc為從磁飽和狀態(tài)去除磁場后，磁芯繼續(xù)被反向的磁場磁化，直至磁通密度減小到零，此時(shí)的磁場強(qiáng)度稱為矯頑力。SPINEL磁導(dǎo)率溫度穩(wěn)定性磁導(dǎo)率溫度穩(wěn)定性 定義為：由于溫度的改變

11、而引起的被測量的相對(duì)變化與溫度變化之比。例：磁導(dǎo)率的溫度系數(shù)為：= 式中：1是T1溫度時(shí)的磁導(dǎo)率，2是T2溫度時(shí)的磁導(dǎo)率。因?qū)τ谕环N軟磁材料，其磁芯的/i值是一個(gè)常數(shù)。故常用/i來表示溫度特性。211（T2T1）SPINEL截止頻率fr 截止頻率fr 由于軟磁材料疇壁共振和自然共振的影響，隨著頻率提高，使軟磁材料的值下降為起始值的一半且值達(dá)到峰值時(shí)的頻率，稱為截止頻率。SPINEL居里溫度Tc居里溫度Tc 居里溫度是磁性材料從鐵磁性到順磁性的轉(zhuǎn)變溫度，在這個(gè)溫度磁性材料的磁性將變得很小或消失，它的表示方式有很多，我們一般按下圖進(jìn)行測量，即隨著溫度升高，磁導(dǎo)率下降到最大值的80%及20%時(shí)，兩

12、點(diǎn)的聯(lián)線，延長到與溫度軸的交點(diǎn)即為居里溫度。TcTi80% i20% iiSPINEL其它參數(shù) 電阻率電阻率 單位截面積和單位長度的磁性材料的電阻；和磁芯的渦流損耗有關(guān)系。 密度密度d 單位體積材料的重量d=W/V式中：W為磁性材料的重量， V為磁性材料的體積。 磁芯的密度對(duì)Bs、i等特性有一定影響。 電感系數(shù)電感系數(shù)AL 定義為具有一定形狀和尺寸的磁芯上每一匝線圈產(chǎn)生的自感量。 AL=L/N2 式中：L為裝有磁芯線圈的自感量（H），N為匝數(shù)。SPINEL 以日本TDK公司的產(chǎn)品為代表，現(xiàn)代功率鐵氧體經(jīng)歷了四代：70年代初開發(fā)的HC35材料 最高20KHz 80年代初的H7C1（PC30）材料

13、 最高100KHz 80年代的H7C4（PC40）材料 最高300KHz 90年代中的H7F（PC50）材料 500KHz 中心SPINEL 在PC50后，TDK相繼推出超低功耗材料PC44，PC45，PC46，PC47，其功率損耗較PC40降低了約1413，主要差別就在于功耗最低點(diǎn)溫度不同，PC45為60-80，PC46為40-50，PC47則是100，它們有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，一旦偏離了功耗最低點(diǎn)，損耗值急劇上升。 2003年其推出的PC95則屬于寬溫低功耗功率鐵氧體新材料，起始磁導(dǎo)率為330025；25時(shí)飽和磁通量密度為540mT，100時(shí)為430mT；25120內(nèi)功率損耗均小于350 Kw

14、m3（B=200mT，f=100KHz），在25和120時(shí)，功耗均為350 Kwm3，80時(shí)為280 Kwm3。這種材料是目前性能最為優(yōu)良的功率鐵氧體材料。 SPINEL 日本TDK公司鐵氧體材料性能表（功率鐵氧體）材料型號(hào)初始磁導(dǎo)率（i）磁芯損耗（Pcv） Kwm3飽和磁通量密（Bs）mT居里溫度（Tc）25 60 10025 60 100PC331400251100800600520440290PC40230025600450410510450390215PC44240025600400300510450390215PC45250025570250460530420240PC4632002

15、5350250660530410230PC47250025600400250530420230PC501400251308080470440380230PC90220025680320540320PC95330025350290530410注：磁芯損耗的測試條件為：B=200 mT f=100KHz； 飽和磁通量密度測試條件為： H=1194Am 500KHz 50mTSPINEL SPINEL鐵氧體材料性能表（功率鐵氧體）SPINEL 材料對(duì)照表SPINELTDKACMETOKINPHILIPSSIEMENSNICERASAMWHAJR2KBFPC30P23100B3B8N41NC-1MPL

16、-5JR2KBF1PC40P4BH23C81/3C85N67NC-2HPL-7JR2KBF2PC44P5BH13C90/3F3N97PL-9JR2KBF3*PC50B403F4N47/N49NC-3MPL-F1JR2KBHHV222500B3C86N27NC-1HSM-19BJR2KBH2HV453C30SM-19CJR5KH5BA053E4T35NC-5YSM-50JR7KH5B2A077000H3E25/3E27T37/T44NC-7SM-70SJR10KH5C2A103E5T38NC-10HSM-100SSPINEL 溫度特性SPINEL 溫度特性SPINEL磁性材料應(yīng)用：磁性材料應(yīng)用：

17、一一 . 磁芯形狀及特點(diǎn)磁芯形狀及特點(diǎn)形狀形狀特點(diǎn)特點(diǎn)EE 、EI TYPE大小齊全大小齊全 有有JIS及及IEC標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)EER、ETDTYPE 大小齊全大小齊全 有有JIS及及IEC標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)LP、EEDTYPE low profile （扁平特性）（扁平特性） 適合高密度裝配適合高密度裝配SPINEL磁性材料應(yīng)用：磁性材料應(yīng)用：一一 . 磁芯形狀及特點(diǎn)磁芯形狀及特點(diǎn)形狀形狀特點(diǎn)特點(diǎn)PQ、RM、EP、POT TYPElow profile （扁平特性）（扁平特性） 適合高密度裝配適合高密度裝配EP core具有高對(duì)稱性，適合高具有高對(duì)稱性，適合高頻平衡變壓器頻平衡變壓器T、UT、ET、UUTY

18、PE高磁導(dǎo)率型高磁導(dǎo)率型低泄漏磁通低泄漏磁通不易繞制不易繞制SPINEL磁性材料應(yīng)用：磁性材料應(yīng)用：二二 . 磁芯外形特點(diǎn)比較磁芯外形特點(diǎn)比較 型式型式成本考量成本考量POTRMEEEERPQEPH磁芯成本磁芯成本高高高高低低中中高高中中很低很低線架成本線架成本低低低低低低中中高高高高-繞線成本繞線成本低低低低低低低低低低低低高高繞線難易度繞線難易度容易容易容易容易很容易很容易很容易很容易容易容易容易容易難難組合組合簡單簡單簡單簡單簡單簡單中中簡單簡單簡單簡單-散熱效果散熱效果很差很差好好很好很好好好好好很差很差好好屏蔽效果屏蔽效果很好很好好好很差很差很差很差尚可尚可很好很好好好SPINEL磁性材料應(yīng)用：磁性材料應(yīng)用：三三 . 磁芯材質(zhì)特性比較磁芯材質(zhì)特性比較材質(zhì)材質(zhì)特性項(xiàng)目特性項(xiàng)目鐵氧體鐵氧體鎳鋼片鎳鋼片非晶非晶 微晶微晶矽鋼片矽鋼片MPP鐵粉芯鐵粉芯磁通密度磁通密度 gauss4600 51007000 15000160001600070009000初始磁導(dǎo)率初始磁導(dǎo)率ii25