磁性材料基本參數(shù)詳解

1、磁性材料基本參數(shù)詳解第1頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL內(nèi)容磁學(xué)常識(shí)：磁性材料分類磁學(xué)常識(shí)：磁性來(lái)源磁學(xué)常識(shí)：磁化曲線磁性參數(shù)與測(cè)量磁性材料應(yīng)用磁性材質(zhì)介召第2頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁芯鐵氧體磁芯合金類磁芯錳鋅系材*鎳鋅系材鎂鋅系材硅（矽）鋼材鐵粉芯鐵硅鋁合金鐵鎳合金鉬坡莫合金非晶、微晶合金磁學(xué)常識(shí)：磁性材料分類第3頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINELA）錳鋅系組成約為：Fe2O3 71%, MnO 20%, 其他為：ZnO電阻率高(10 ohm-cm)磁心損耗低居里溫度高形

2、狀：EE，EI，ER，PQ，RM，POT等型式。用途：功率變壓器、EMI共模濾波器、儲(chǔ)能電感等磁學(xué)常識(shí)：磁性材料分類第4頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINELB）鎳鋅系組成約為：Fe2O3 50%, NiO 24%, 其他為：ZnO電阻率很高(107 ohm-cm)工作頻率高鐵心損耗較錳鋅系高居里溫度高型式：DR，R，環(huán)形等。用途：常模濾波器、儲(chǔ)能電感等 磁學(xué)常識(shí)：磁性材料分類第5頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL 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)就形成了一個(gè)個(gè)天然的磁性區(qū)域磁疇。磁學(xué)常

3、識(shí)：磁性來(lái)源1 鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列雜亂無(wú)章，磁性相互抵消，因此對(duì)外不顯示磁性。 鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁性，是因?yàn)樵谒鼈兊膬?nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)磁疇。磁疇是怎么形成的？ 磁疇因受外磁場(chǎng)作用而順著外磁場(chǎng)的方向發(fā)生歸順性重新排列，在內(nèi)部形成一個(gè)很強(qiáng)的附加磁場(chǎng)。（a）無(wú)外磁場(chǎng)情況（b）有外磁場(chǎng)情況第6頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINELBHBHBHBH(A)(B)(C)(D)磁學(xué)常識(shí)：磁性來(lái)源2第7頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINELBHHcBsBr磁學(xué)常識(shí)：磁化曲線1Iu電路部分磁路部分H=NI/Le Le有效磁路長(zhǎng)度BH

4、 導(dǎo)磁率=BAe H 磁場(chǎng)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)磁率第8頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁滯回線中H為零時(shí)B并不為零 的現(xiàn)象說(shuō)明鐵磁材料具有剩磁性。BH0cba起始磁化曲線oa段是線性段ab段是上升段bc段是磁化曲線的膝部C點(diǎn)以后是飽和段起始磁化曲線反映了什么？起始磁化曲線的ab段反映了鐵磁材料的高導(dǎo)磁性；c點(diǎn)以后說(shuō)明鐵磁材料具有磁飽和性。磁滯回線中B的變化總是落后于H的變化說(shuō)明鐵磁材料具有磁滯性；軟磁材料反復(fù)磁化一周所構(gòu)成的曲線稱為磁滯回線。磁學(xué)常識(shí)：磁化曲線2第9頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19

5、分，星期五 磁芯線圈中通過(guò)交變電流時(shí)，H的大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化的過(guò)程中，B的變化總是滯后于H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯性；當(dāng)H減為零時(shí)B并不為零。 磁導(dǎo)率可達(dá)102104，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大的磁通。 B不會(huì)隨H的增強(qiáng)而無(wú)限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。高導(dǎo)磁性磁滯性和剩磁性磁飽和性：磁學(xué)常識(shí)：磁化曲線3第10頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率 （1）1 起始磁導(dǎo)率i 10 i是材料在弱場(chǎng)磁化過(guò)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

6、= B式中：limH0BH0為真空磁導(dǎo)率（410-7H/m）;H為交流磁場(chǎng)強(qiáng)度（A/m）;B為交流磁通密度（T）(測(cè)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(cè)量而得；第11頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率 （2）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(cè)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(cè)量方法第12頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率 （3）2

7、 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(lái)表示磁芯的導(dǎo)磁率；e = LC1/(4N2) 107 C1 磁芯磁路常數(shù)(cm-1)第13頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率 （4）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(cè)時(shí)高出數(shù)百倍以上,例如:200mT) 第14頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月

8、20日，10點(diǎn)19分，星期五磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗 （1）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，表示損耗功率與無(wú)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 第15頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五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(chǎng)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(wú)關(guān)，表示小

9、信號(hào)下材料的損耗特性；磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗 （2）1 損耗因子tan第16頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL 磁性器件作濾波器的電感時(shí)，通常用品質(zhì)因素Q來(lái)表示它的質(zhì)量； Q = 1/ tan Q與頻率和繞組參數(shù)有關(guān)；磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗 （3） 2 品質(zhì)因素 Q第17頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗 （4） 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)磁性材料在高磁通密度下的單位體積損耗。該磁通密度通常表示為：Bm =E/4.44fNA

10、e 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）第18頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗 （5） 3 大信號(hào)下的功率損耗Pc 為標(biāo)準(zhǔn)化PC的測(cè)量，通常情況下根據(jù)使用情況指定測(cè)試頻率與Bm，如：16KHz 150mT;25Khz 200mT ;100KHz 200mT等測(cè)量方法第19頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：磁滯回線 （1） 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

11、Bs是把足夠大的磁場(chǎng)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(chǎng)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。第20頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：磁滯回線 （2） 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(chǎng)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

12、從磁飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，剩余的磁通密度； Hc為從磁飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，磁芯繼續(xù)被反向的磁場(chǎng)磁化，直至磁通密度減小到零，此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力。第21頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率溫度穩(wěn)定性磁導(dǎo)率溫度穩(wěn)定性 定義為：由于溫度的改變而引起的被測(cè)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(lái)表示溫度特性。211（T2T1）第22頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：

13、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。第23頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：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(cè)量，即隨著溫度升高，磁導(dǎo)率下降到最大值的80%及20%時(shí)，兩點(diǎn)的聯(lián)線，延長(zhǎng)到與溫度軸的交點(diǎn)即為居里溫度。第24頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：其它參數(shù)

14、電阻率 單位截面積和單位長(zhǎng)度的磁性材料的電阻；和磁芯的渦流損耗有關(guān)系。 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)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)。第25頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展 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 最高100KHz 80年代

15、的H7C4（PC40）材料 最高300KHz 90年代中的H7F（PC50）材料 500KHz 中心第26頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展 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，1

16、00時(shí)為430mT；25120內(nèi)功率損耗均小于350 Kwm3（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。 第27頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展 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 100PC331400251100800600520440290PC4023002560045041051045039

17、0215PC44240025600400300510450390215PC45250025570250460530420240PC46320025350250660530410230PC47250025600400250530420230PC501400251308080470440380230PC90220025680320540320PC95330025350290530410注：磁芯損耗的測(cè)試條件為：B=200 mT f=100KHz； 飽和磁通量密度測(cè)試條件為： H=1194Am 500KHz 50mT第28頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性材質(zhì)

18、介召：材質(zhì)發(fā)展 SPINEL鐵氧體材料性能表（功率鐵氧體）第29頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展 材料對(duì)照表SPINELTDKACMETOKINPHILIPSSIEMENSNICERASAMWHAJR2KBFPC30P23100B3B8N41NC-1MPL-5JR2KBF1PC40P4BH23C81/3C85N67NC-2HPL-7JR2KBF2PC44P5BH13C90/3F3N97PL-9JR2KBF3*PC50B403F4N47/N49NC-3MPL-F1JR2KBHHV222500B3C86N27NC-1HSM-19BJR2K

19、BH2HV453C30SM-19CJR5KH5BA053E4T35NC-5YSM-50JR7KH5B2A077000H3E25/3E27T37/T44NC-7SM-70SJR10KH5C2A103E5T38NC-10HSM-100S第30頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展 溫度特性第31頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展 溫度特性第32頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性材料應(yīng)用：一 . 磁芯形狀及特點(diǎn)形狀特點(diǎn)EE 、EI TYPE大小齊全 有JIS及IEC標(biāo)準(zhǔn)EER、ETDTYPE 大小齊全 有JIS及IEC標(biāo)準(zhǔn)LP、EEDTYPE low profile （扁平特性） 適合高密度裝配第33頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性材料應(yīng)用：一 . 磁芯形狀及特點(diǎn)形狀特點(diǎn)PQ、RM、EP、POT TYPElow profile （扁平特性） 適合高密度裝配EP core具有高對(duì)稱性，適合高頻平衡變壓器T、UT、ET、UUTYPE高磁導(dǎo)率型低泄漏磁通不易繞制第34頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)19分，星期五SPINEL磁性材料應(yīng)用：二 . 磁芯外形特點(diǎn)比較