磁性材料常識參數(shù)介紹ppt課件

1、鐵氧體軟磁資料介召鐵氧體軟磁資料介召無錫斯貝爾：黃艦內(nèi)容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A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 外形：外形：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、EMI共模濾波器、儲能電感等共模濾波器、儲能電感

2、等B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) 任務(wù)頻率高任務(wù)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、儲能電感等用途：常模濾波器、儲能電感等 鐵磁資料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個分子鐵磁資料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個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)就構(gòu)成了一個個天然的磁性區(qū)域就構(gòu)成了一個個天然的磁性區(qū)域磁疇。磁疇。 鐵磁資料內(nèi)部的鐵磁資料內(nèi)部的磁疇陳列雜亂無章，磁疇陳列雜

3、亂無章，磁性相互抵消，因此磁性相互抵消，因此對外不顯示磁性。對外不顯示磁性。 鐵磁資料之所以具有高導(dǎo)磁鐵磁資料之所以具有高導(dǎo)磁性，是由于在它們的內(nèi)部具有一性，是由于在它們的內(nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)構(gòu)造種特殊的物質(zhì)構(gòu)造磁疇。磁疇。磁疇是怎樣磁疇是怎樣構(gòu)成的？構(gòu)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)生歸順性重新陳列，在內(nèi)性重新陳列，在內(nèi)部構(gòu)成一個很強的部構(gòu)成一個很強的附加磁場。附加磁場。BHBHBHBH(A)(B)(C)(D)BHHcBsBrIu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 H 磁場強度 B磁

4、感應(yīng)強度 Bs飽和磁感應(yīng)強度 Br剩磁 Hc矯頑力 導(dǎo)磁率磁滯回線中磁滯回線中H為為零時零時B并不為零并不為零 的景象闡明鐵的景象闡明鐵磁資料具有剩磁資料具有剩磁性。磁性。BH0cbaoa段是線性段段是線性段ab段是上升段段是上升段bc段是磁化曲線的膝部段是磁化曲線的膝部C點以后是飽和段點以后是飽和段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段反映了鐵磁資料的段反映了鐵磁資料的高導(dǎo)磁性；高導(dǎo)磁性；c點以后闡明鐵磁資料具有點以后闡明鐵磁資料具有磁飽和性。磁飽和性。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的變化闡明的變化闡明鐵磁資料具有磁滯性；

5、鐵磁資料具有磁滯性；軟磁資料反復(fù)磁化一周軟磁資料反復(fù)磁化一周所構(gòu)成的曲線稱為磁滯所構(gòu)成的曲線稱為磁滯回線?；鼐€。 磁芯線圈中經(jīng)過交變電流時，磁芯線圈中經(jīng)過交變電流時，H的大的大小和方向都會改動，鐵心在交變磁場中反復(fù)磁化的過小和方向都會改動，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，這種景象稱為磁的變化，這種景象稱為磁滯性；當滯性；當H減為零時減為零時B并不為零。并不為零。 磁導(dǎo)率可達102104，由軟磁資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不會隨H的加強而無限加強，H增大到一定值時，B不能繼續(xù)加強。1 起始磁導(dǎo)率i 10

6、 i是資料在弱場磁化過程中的一個宏觀特性表示量。是磁性資料的磁導(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為交流磁場強度A/m;B為交流磁通密度T(測試時應(yīng)小于0.25mT)。注：i通常是用規(guī)定尺寸的環(huán)形磁芯丈量而得；1 起始磁導(dǎo)率ii計算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mHh 磁芯高度(mm)D 磁芯外直徑(mm)d 磁芯內(nèi)直徑(mm)丈量方法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型等配對磁芯，其磁路各部分外形尺寸不同，而且其配合

7、面不可防止地仍有剩余氣隙； 此時，必需用有效導(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)電源變壓器磁芯是任務(wù)在高磁通密度下,因此必需引入振幅磁導(dǎo)率參數(shù)才干真實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值比測時高出數(shù)百倍以上,例如:200mT) 1 損耗因子tan 表示小信號下資料的損耗特性,由于磁芯損耗引起信號相移;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，表示損耗功率與無功功率的比值，其磁芯損耗包括磁滯損耗、渦流

8、損耗、剩余損耗即： tan= tann + tane + tanr 氣隙對損耗因子的影響 磁芯開制氣隙后，可以添加磁場和溫度的穩(wěn)定性，損耗因子有所下降 tangap = tane/i 比損耗因子 ，與資料幾何尺寸無關(guān)，表示小信號下資料的損耗特性；1 損耗因子tan 磁性器件作濾波器的電感時，通常用質(zhì)量要素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 質(zhì)量要素 Q 3 大信號下的功率損耗PcP = Ph + Pe + Pr (Ph、Pe、Pr表示磁滯、渦流、剩余損耗)磁性資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/4.44fNAe 106mT 式

9、中：Bm為磁通密度的峰值mTE為線圈兩端的電壓Vf為頻率KHz，N為匝數(shù)Ae為磁芯的有效面積m2 3 大信號下的功率損耗Pc 為規(guī)范化PC的丈量，通常情況下根據(jù)運用情況指定測試頻率與Bm，如：16KHz 150mT;25Khz 200mT ;100KHz 200mT等丈量方法 1 飽和磁感應(yīng)強度Bs、剩余磁感應(yīng)強度Br、矯頑力Hc 飽和磁感應(yīng)強度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的磁場內(nèi)飽和。因此，

10、0Hs的值為1-10mT可忽視，飽和磁感應(yīng)強度可看作與飽和磁化強度幾乎相等。 1 飽和磁感應(yīng)強度Bs、剩余磁感應(yīng)強度Br、矯頑力Hc 由于軟磁資料在交變磁場中存在不可逆磁化而構(gòu)成磁滯回線。如左圖： Bs為磁化到飽和形狀下的磁通密度； Br為從磁飽和形狀去除磁場后，剩余的磁通密度； Hc為從磁飽和形狀去除磁場后，磁芯繼續(xù)被反向的磁場磁化，直至磁通密度減小到零，此時的磁場強度稱為矯頑力。磁導(dǎo)率溫度穩(wěn)定性 定義為：由于溫度的改動而引起的被丈量的相對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溫度時的磁導(dǎo)率，2是T2溫度時的磁導(dǎo)率。因?qū)τ谕环N軟磁資料，其磁芯的/i值是一個常數(shù)。故常

11、用/i來表示溫度特性。211T2T1截止頻率fr 由于軟磁資料疇壁共振和自然共振的影響，隨著頻率提高，使軟磁資料的值下降為起始值的一半且值到達峰值時的頻率，稱為截止頻率。居里溫度Tc 居里溫度是磁性資料從鐵磁性到順磁性的轉(zhuǎn)變溫度，在這個溫度磁性資料的磁性將變得很小或消逝，它的表示方式有很多，我們普通按以下圖進展丈量，即隨著溫度升高，磁導(dǎo)率下降到最大值的80%及20%時，兩點的聯(lián)線，延伸到與溫度軸的交點即為居里溫度。TcTi80% i20% ii 電阻率 單位截面積和單位長度的磁性資料的電阻；和磁芯的渦流損耗有關(guān)系。 密度d 單位體積資料的分量d=W/V式中：W為磁性資料的分量， V為磁性資料的

12、體積。 磁芯的密度對Bs、i等特性有一定影響。 電感系數(shù)AL 定義為具有一定外形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)。 以日本TDK公司的產(chǎn)品為代表，現(xiàn)代功率鐵氧體閱歷了四代：70年代初開發(fā)的HC35資料 最高20KHz 80年代初的H7C1PC30資料 最高100KHz 80年代的H7C4PC40資料 最高300KHz 90年代中的H7FPC50資料 500KHz 中心 在PC50后，TDK相繼推出超低功耗資料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溫度不同，PC45為

13、60-80，PC46為40-50，PC47那么是100，它們有一個明顯的缺陷，一旦偏離了功耗最低點，損耗值急劇上升。 2019年其推出的PC95那么屬于寬溫低功耗功率鐵氧體新資料，起始磁導(dǎo)率為330025；25時飽和磁通量密度為540mT，100時為430mT；25120內(nèi)功率損耗均小于350 Kwm3B=200mT，f=100KHz，在25和120時，功耗均為350 Kwm3，80時為280 Kwm3。這種資料是目前性能最為優(yōu)良的功率鐵氧體資料。 日本TDK公司鐵氧體資料性能表功率鐵氧體材料型號初始磁導(dǎo)率（i）磁芯損耗（Pcv） Kwm3飽和磁通量密（Bs）mT居里溫度（Tc）25 60 1

14、0025 60 100PC331400251100800600520440290PC40230025600450410510450390215PC44240025600400300510450390215PC45250025570250460530420240PC46320025350250660530410230PC47250025600400250530420230PC501400251308080470440380230PC90220025680320540320PC95330025350290530410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

15、條件為： H=1194Am 500KHz 50mTSPINEL鐵氧體資料性能表功率鐵氧體資料對照表SPINELTDKACMETOKINPHILIPSSIEMENSNICERASAMWHAJR2KBFPC30P23100B3B8N41NC-1MPL-5JR2KBF1PC40P4BH23C81/3C85N67NC-2HPL-7JR2KBF2PC44P5BH13C90/3F3N97PL-9JR2KBF3*PC50B403F4N47/N49NC-3MPL-F1JR2KBHHV222500B3C86N27NC-1HSM-19BJR2KBH2HV453C30SM-19CJR5KH5BA053E4T35NC

16、-5YSM-50JR7KH5B2A077000H3E25/3E27T37/T44NC-7SM-70SJR10KH5C2A103E5T38NC-10HSM-100S溫度特性溫度特性磁性資料運用：磁性資料運用：一一 . 磁芯外形及特點磁芯外形及特點形狀形狀特點特點EE 、EI TYPE大小齊全大小齊全 有有JIS及及IEC標準標準EER、ETDTYPE 大小齊全大小齊全 有有JIS及及IEC標準標準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磁性資料運用：磁性資料運用：一一 . 磁芯外形及特點磁芯外形及特點形狀形狀特點特點PQ、RM、EP、P

17、OT 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具有高對稱性，適合高具有高對稱性，適合高頻平衡變壓器頻平衡變壓器T、UT、ET、UUTYPE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磁性資料運用：磁性資料運用：二二 . 磁芯外形特點比較磁芯外形特點比較 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

18、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磁性資料運用：磁性資料運用：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)特性項目特性項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ii250 1500015000100004000142502290最高工作溫度最高工作溫度125200150300200200鐵芯損耗鐵芯損耗最低最低中中低低最高最高低低高高溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性一般一般好好好好一般一般好好一般一般加工性加工性良良良良差差良良良良良良價格價格低低一般一般高高低低高高最低最低磁性資料運用：磁性資料運用：四四. 優(yōu)良軟磁特性要求及效益優(yōu)良軟磁特性要求及效益特性特性要求要求效益效益磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率ii高高相同感量可減少繞線圈數(shù)，以降低體積、繞線電阻及分布電容。相同感量可減少繞線圈數(shù)，以降低體積、繞線電阻及分布電容。飽和磁通密度飽和磁通密度BsBs高高可允許大磁場強度（大電流）存在，小體積大功率。可允許大