開關電源中的磁性材料

1、本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 1 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 開關電源中的磁性材料 引言 開關電源中磁性元件與磁性材料的關系 磁性材料的分類 不同磁性材料的性能及應用 2 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 目前，航天與空間技術、計算機與通信技 術中，開關電源的應用較為廣泛，逐漸占據(jù) 了主要位置，它具有功率小，效率高 （7090%），穩(wěn)壓范圍寬及體積小，重量 輕等特點。開關電源中的磁性元件是決定電 源效率，品質的關鍵因素。 3 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提

2、提 供供 4 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 5 開關電源中用到的磁性元件有高頻扼開關電源中用到的磁性元件有高頻扼 流圈，開關變壓器，磁性放大器，脈沖變流圈，開關變壓器，磁性放大器，脈沖變 壓器，過濾電感等，這些磁性元件所選用壓器，過濾電感等，這些磁性元件所選用 磁芯材料直接影響著開關電源的效率和性磁芯材料直接影響著開關電源的效率和性 能。開關變壓器是開關電源的核心元件之能。開關變壓器是開關電源的核心元件之 一，選擇合適的磁性材料是開關變壓器設一，選擇合適的磁性材料是開關變壓器設 計的關鍵對應不同工作狀態(tài)的開關電源變計的關鍵對應不同工作狀態(tài)的開關電源變 壓器

3、，由于磁芯工作在磁化曲線的不同區(qū)壓器，由于磁芯工作在磁化曲線的不同區(qū) 域，應選用相應特征的磁性材料。開關變域，應選用相應特征的磁性材料。開關變 壓器的主要目標是提高效率，降低損耗，壓器的主要目標是提高效率，降低損耗， 而磁芯的損耗主要由于磁滯損耗和渦流損而磁芯的損耗主要由于磁滯損耗和渦流損 耗造成。耗造成。 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 返回 6 開關電源電路中用到的磁性材料種類開關電源電路中用到的磁性材料種類 很多，有鐵氧體，磁粉芯，合金帶（或很多，有鐵氧體，磁粉芯，合金帶（或 片），非晶態(tài)，超微晶軟磁材料。合理片），非晶態(tài)，超微晶軟磁材料。合理 選用不

4、同的軟磁材料，是優(yōu)化設計的重選用不同的軟磁材料，是優(yōu)化設計的重 要途徑。幾種磁性材料特性做大致比較要途徑。幾種磁性材料特性做大致比較 見下表：見下表： 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 磁性材料主要是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其磁性材料主要是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其 合金等組成的能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質合金等組成的能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質. 7 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 從應用功能上講，磁性材料分為：軟磁材料、 永磁材料、磁記錄-矩磁材料、旋磁材料等等種 類。 磁性材料從形態(tài)上講。包括粉體材料、液體 材料、塊體

5、材料 、薄膜材料等。 返回 8 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 磁性材料現(xiàn)在主要分兩大類，一類是軟磁，一類 是硬磁； 9 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 軟磁包括硅鋼片和 軟磁鐵芯；硬磁包括 鋁鎳鈷、釤鈷、鐵氧 體和釹鐵硼，這其中， 最貴的是釤鈷磁鋼， 最便宜的是鐵氧體磁 鋼，性能最高的是釹 鐵硼磁鋼，但是性能 最穩(wěn)定，溫度系數(shù)最 好的是鋁鎳鈷磁鋼， 用戶可以根據(jù)不同的 需求選擇不同的硬磁 產(chǎn)品。 返回 10 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 磁性材料是由鐵磁性物質或亞鐵磁性物質組成的，

6、在外加磁場H 作用下，必有相應的磁化強度M 或磁 感應強度B，它們隨磁場強度H 的變化曲線稱為 。 11 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 2. 軟磁材料的常用磁性能參數(shù)軟磁材料的常用磁性能參數(shù) 飽和磁感應強度：其大小取決于材料的成分， 它所對應的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊 排列。 剩余磁感應強度：是磁滯回線上的特征參 數(shù)，H回到0時的B值 。 磁導率：是磁滯回線上任何點所對應的B與 H的比值，該數(shù)值與器件工作狀態(tài)密切相關。 12 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 居里溫度Tc：鐵磁物質的磁化強度隨溫度 升高而下降，達到

7、某一溫度時，自發(fā)磁化消 失，轉變?yōu)轫槾判?，該臨界溫度為居里溫度。 它確定了磁性器件工作的上限溫度。 初始磁導率i、最大磁導率m、微分磁導率 d、振幅磁導率a、有效磁導率e、脈沖磁導 率p。 13 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 14 鐵氧體磁性的主要特點是電阻率遠大鐵氧體磁性的主要特點是電阻率遠大 于金屬材料，這抑制了渦流的產(chǎn)生，是鐵于金屬材料，這抑制了渦流的產(chǎn)生，是鐵 氧體磁性能應用于高頻領域。按配方把高氧體磁性能應用于高頻領域。按配方把高 純粉狀的氧化物混合均勻，在經(jīng)過煅燒，純粉狀的氧化物混合均勻，在經(jīng)過煅燒， 粉碎，造粒，模壓成型，在高溫（粉碎，造粒，

8、模壓成型，在高溫（1000- 1400下燒結而成下燒結而成）低損耗）低損耗FP系列磁芯系列磁芯 適用于開關電源中適用于開關電源中DC/DC變換器的主變變換器的主變 壓器和輸出平滑濾波扼流圈；高磁導率壓器和輸出平滑濾波扼流圈；高磁導率 FH系列磁芯適用于開關電源中脈沖變壓系列磁芯適用于開關電源中脈沖變壓 器和噪聲濾波電感器和噪聲濾波電感。 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 15 金屬磁粉芯與磁性材料，由于金金屬磁粉芯與磁性材料，由于金 屬軟磁粉末被絕緣體包圍，形成分散屬軟磁粉末被絕緣體包圍，形成分散 氣隙，因而大大降低了金屬軟磁材料氣隙，因而大大降低了金屬軟磁材

9、料 的高頻渦流損耗，使磁粉芯具有抗飽的高頻渦流損耗，使磁粉芯具有抗飽 和特性和寬的頻率響應，適合于制作和特性和寬的頻率響應，適合于制作 諧振電感，功率因數(shù)校正電感、輸出諧振電感，功率因數(shù)校正電感、輸出 濾波電感、濾波電感、EMI抗干擾電感。抗干擾電感。 其特點：飽和磁感應強度高，能工其特點：飽和磁感應強度高，能工 作于大電流下，性能穩(wěn)定可靠，磁導作于大電流下，性能穩(wěn)定可靠，磁導 率具有優(yōu)異的頻率特性，線性溫度系率具有優(yōu)異的頻率特性，線性溫度系 數(shù)，環(huán)形結構具有極低的電磁輻射，數(shù)，環(huán)形結構具有極低的電磁輻射， 機械強度大，可直接繞較粗的漆包線，機械強度大，可直接繞較粗的漆包線， 金屬磁粉具有出色

10、的噪聲抑制和吸附金屬磁粉具有出色的噪聲抑制和吸附 能力。能力。 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 16 超微晶軟磁材料，首鋼冶金研究所超微晶軟磁材料，首鋼冶金研究所 的鐵基超微晶磁芯已應用在航天電源產(chǎn)的鐵基超微晶磁芯已應用在航天電源產(chǎn) 品中，品中，F(xiàn)UM低損耗類，具有高頻損耗低、低損耗類，具有高頻損耗低、 高飽和磁感用強度，低矯頑力的特性，高飽和磁感用強度，低矯頑力的特性， 工作頻率在工作頻率在1-300KHz；適用于高頻變換；適用于高頻變換 器、逆變器、開關變壓器。器、逆變器、開關變壓器。F

11、UZ高矩形高矩形 比類，具有高飽和、高導磁率、高矩形比類，具有高飽和、高導磁率、高矩形 比的特性，適用于高頻磁放大器，磁開比的特性，適用于高頻磁放大器，磁開 關尖峰抑制器。關尖峰抑制器。FUL低剩磁類，具有高低剩磁類，具有高 脈沖磁導率、低損耗、低剩磁的特性，脈沖磁導率、低損耗、低剩磁的特性， 適用于單極性脈沖變壓器，開關電源、適用于單極性脈沖變壓器，開關電源、 斬波器。斬波器。 本本 活活 動動 獎獎 品品 由由 Q Q 衣衣 族族 提提 供供 17 非晶態(tài)軟磁材料，這里介紹兩種非晶態(tài)軟磁材料，這里介紹兩種 首鋼冶金研究所磁芯，首鋼冶金研究所磁芯，AI恒導磁鐵恒導磁鐵 基非晶，以基非晶，以AI-50（帶有間隙）為代（帶有間隙）為代 表，具有高飽和磁感、高線性磁導表，具有高飽和磁感、高線性磁導 率、低高頻損耗、良好的頻率特性率、低高頻損耗、良好的頻率特性 和溫度穩(wěn)定性。適用于高頻濾波扼和溫度穩(wěn)定性。適用于高頻濾波扼