鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCD課件

鐵氧體磁芯及其應(yīng)用2007年1月提綱關(guān)于鐵氧體關(guān)于鐵氧體磁芯的一般應(yīng)用關(guān)于用于平面變壓器的鐵氧體關(guān)于鐵氧體

磁性材料的分類(lèi)

硬磁(永磁)材料——金屬永磁(NdFeB/SmCo/AlNiCo) 永磁鐵氧體(Sr/Ba) 軟磁材料——金屬軟磁(Fe/FeNi/FeSiAl/非晶態(tài)合金/微晶) 軟磁鐵氧體(MnZn/NiZn/MgZn) 旋磁材料——旋磁鐵氧體(尖晶石系/柘榴石系/六 角晶系）矩磁材料——磁紀(jì)錄材料(γ-Fe2O3/CoO)

軟磁鐵氧體的主要優(yōu)點(diǎn)電阻率遠(yuǎn)大于金屬磁性材料，這抑制了渦流的產(chǎn)生，使鐵氧體能應(yīng)用于高頻領(lǐng)域；采用陶瓷工藝易于制成各種不同的形狀和尺寸；化學(xué)特性穩(wěn)定、不生銹；較低的制造成本。

軟磁鐵氧體的主要缺點(diǎn)飽和磁通密度較低，質(zhì)地脆，易碎。軟磁鐵氧體的主要用途

主要制成磁芯用于各種電感器、變壓器、濾波器和扼流圈的制造，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子信息領(lǐng)域，如電腦及其外部設(shè)備、辦公自動(dòng)化設(shè)備、數(shù)字通信和模擬通信設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)、家用電器、電磁兼容設(shè)備、綠色照明裝置、工業(yè)自動(dòng)化和汽車(chē)、航空、航天及軍事領(lǐng)域。種類(lèi)繁多的軟磁鐵氧體磁芯

軟磁鐵氧體制造工藝流程

按照預(yù)定的配方稱(chēng)重，把高純、粉狀的氧化物(如Fe2O3、Mn304、ZnO、NiO、MgO等)混合均勻，再經(jīng)過(guò)預(yù)燒、粉碎、造粒，模壓成型為毛坯，在高溫(1200℃—1400℃)下燒結(jié)。再通過(guò)磨削加工、分類(lèi)和包裝獲得成品。

軟磁鐵氧體的技術(shù)原理磁芯的顯微結(jié)構(gòu)放大500倍磁化曲線及磁滯回線1、初始磁導(dǎo)率μi初始磁導(dǎo)率是磁性材料的磁導(dǎo)率(μ=B/H)在磁化曲線始端的極限值，即

式中 μ0為真空磁導(dǎo)率(4π×10-7H／m) H為磁場(chǎng)強(qiáng)度(A／m) B為磁通密度(T)

軟磁鐵氧體的主要技術(shù)性能參數(shù)磁導(dǎo)率和磁化曲線的關(guān)系開(kāi)氣隙提高了磁芯抗飽和的能力3.飽和磁通密度Bs(T)磁化到飽和狀態(tài)的磁通密度。4.剩余磁通密度Br(T)從飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，剩余的磁通密度。5.矯頑力Hc(A/m)從飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，磁芯繼續(xù)被反向的磁場(chǎng)磁化，直至磁通密度減為零，此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱(chēng)為矯頑力。7.電阻率ρ(Ω/m)具有單位截面積和單位長(zhǎng)度的磁性材料的電阻。8.密度d(kg/m3)單位體積材料的重量，即d=W/V式中W為磁芯的重量(kg) V為磁芯的體積(m3)9.功率損耗Pc(kW/m3、W/kg)磁芯在高磁通密度下的單位體積損耗或單位重量損耗。該磁通密度可表示為Bm=E/4.44fNAe 式中Bm為磁通密度的峰值(T)f為頻率(Hz)N為線圈匝數(shù)Ae為有效截面積(m2) E為勵(lì)磁電壓有效值(V)

磁滯損耗Ph、渦流損耗Pe和剩余損耗Pr之和構(gòu)成功率損耗：功率損耗又可用經(jīng)驗(yàn)公式表示：Pc=CfaBmb

式中C為常數(shù)，f為工作頻率，Bm為工作磁通密度，對(duì)于常見(jiàn)的功率鐵氧體材料而言，a為1.2，b約為2.5。Pc＝Ph＋Pe＋Pr＝f∮BdH+Cf2Bm2/ρ+Pr功率損耗的構(gòu)成NCDMnZn軟磁鐵氧體材料分類(lèi)1、LP系列功率鐵氧體材料，主要用于開(kāi)關(guān)電源變壓器、扼流圈及其它功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，包括LP1、LP2、LP3、LP3A、LP4、LP8、LP9、LP13等。2、HP系列高磁導(dǎo)率鐵氧體材料，主要用于EMI抑制器件和數(shù)字通訊領(lǐng)域的寬帶、脈沖變壓器，包括HP1、HP2、HP3等。關(guān)于鐵氧體磁芯的一般應(yīng)用小信號(hào)處理功率轉(zhuǎn)換EMI抑制電波吸收

小信號(hào)處理1、濾波線圈要求：低損耗（高Q），精確的電感量，良好的時(shí)間穩(wěn)定性，固定的溫度依賴(lài)性。 適用的材料：R2KB(JSF)，N48(Epcos) 適用的磁芯：罐型、RM2.寬帶變壓器通訊系統(tǒng)和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)用主要技術(shù)要求：高磁導(dǎo)率;有時(shí)要有良好的DC-Bias特性；低THD(ADSL應(yīng)用時(shí))。適合的磁芯形狀：EE、EP、RM、POT、環(huán)形等適合的材料：HP2/HP2F HP3/HP3F 3、調(diào)諧線圈4、電流互感器5、延遲線功率轉(zhuǎn)換1、功率變壓器2、輸出扼流圈3、驅(qū)動(dòng)變壓器4、行輸出變壓器5、LCD背光源逆變器功率轉(zhuǎn)換：DC-DC\AC-DC\DC-AC主磁芯變壓器磁芯主要技術(shù)要求：在工作頻率范圍內(nèi)和高溫下有低的功率損耗 損耗溫度系數(shù)為負(fù)值 有時(shí)需要?dú)庀哆m合的磁芯形狀：EE、EC、ETD、RM、PQ、EFD、EPC等 適合的材料：LP2(＜100kHz) LP3(＜300kHz) LP3A(＜300kHz，小型化) LP4(200kHz—1MHz)功率轉(zhuǎn)換：DC-DC\AC-DC\DC-AC磁芯規(guī)格的選擇：傳輸功率LCD背光照明逆變器（backligtinginverter)在50—100kHz內(nèi)有很低的損耗，損耗溫度系數(shù)為負(fù)值低矮輪廓、小尺寸、重量輕適合的材料為L(zhǎng)P3、LP3A適合的磁芯形狀為UI、EFD、EPC、EE主要技術(shù)要求：

用于行輸出變壓器（FBT)的鐵氧體磁芯

FBT基本工作原理圖

基本技術(shù)要求：在工作頻率范圍內(nèi)(16—100kHz)低的功率損耗損耗溫度系數(shù)為負(fù)值 高溫下(80—100℃)有高飽和磁通密度 需要?dú)庀?airgap)適用的磁芯形狀：UYF適用的材料：LP3EMI抑制輸入濾波器EMI濾波器

鐵氧體磁芯用于EMI抑制EMI抑制基本原理輸入濾波器（共模扼流圈）

EMI濾波器主要技術(shù)要求：在所需頻率范圍內(nèi)有高的阻抗Z適用的材料：MnZn系及NiZn系關(guān)于用于平面變壓器的鐵氧體SeveraltypesofplanardevicesAdvantagesofplanartechnologyTherearemanyadvantagesofplanarmagnetictechnologyoverconventionalwire-woundinductivecomponents.Anobviousadvantageisaverylowbuildheight,whichpromotesplanarindenserack-mountandportableequipment.Planarmagneticsareverywellsuitedfordesignofhighperformanceswitch-modepowerconverters.LowACcopperlossesandgoodcouplingincreaseconversionefficiency.Levelshigherthan95%canbeachieved,providedthatthecoreisungappedoronlyhasamoderateairgap.Inaddition,lowleakageinductancereducesvoltagespikesandoscillationsthatcandamageMOSFETsandincreaseinterferenceemission.Goodheatmanagementleadstoveryhighthroughputpowerdensity,uptotwicethevalueforconventionaltransformers.Verygoodrepeatabilityofparasiticsenableshighswitchingfrequenciesandresonanttopologies.CoresareavailableinmaterialLP5forswitchingfrequenciesupto1MHz.ApplicationsPowerconversion·Componentspowertransformer,outputorresonantchoke(s),mainsfilterchoke·AC/DCconverter(mains-fedpowersupply)Stand-aloneSMPSBatterycharger(mobilephone,portablecomputers)Instrumentation&control·DC/DCconverter(distributedorbattery-fedpowersupply)PowerconvertermodulesTelecommunicationsnetworkswitch(distributedsupply)Mobilephone(mainpowersupply)Portablecomputer(mainpowersupply)Electriccar(tractionvoltageto12Vdownconverter)·AC/ACconverter(mains-fedpowersupply)CompactfluorescentlampsInductionheating,welding·DC/ACinverter(battery-fedpowersupply)Mobilephone(LCDbacklighting)Portablecomputer(LCDbacklighting)Gasdischargecarheadlamp(ballast)CarrearwindowheatingPulsetransmission·ComponentwidebandtransformerS0interface(subscribertelephoneline)Uinterface(subscriberISDNline)T1/T2interface(trunklinebetweennetworkswitches)ADSLinterface(AsynchronousDigitalSubscriberLine)HDSLinterface(HighDigitalSubscriberLine)FerritematerialchoicePowermaterialsLP5(frequenciesupto1000kHz)andLP3/LP3A(frequenciesupto300kHz)areavailable.ThehighpermeabilitymaterialHP3(μi=10000)canbeselectedformainsfilterchokesandwidebandtransformers.Corechoice

FluxdensityTheimprovedheatmanagementallowsforuptotwicethepowerlossofaconventionaldesignwiththesamemagneticvolume,sooptimumfluxdensitywillbehigherthanforaconventionaldesign.AirgapLargeairgapsarenotfavourableinaplanardesignbecauseofstrayflux.Thefluxfringingfactordependsontheratioofwindingwindowheighttoairgaplength,whichislowerforaflatcore