軟磁材料性能課件(PPT 30頁)

1、鐵氧體軟磁材料的性能和應(yīng)用.第1頁，共30頁。一、常用磁性材料的分類分類軟磁Hc10A/cm永磁Hc100A/cm金屬磁性材料純Fe Si-FeFe-Ni合金 Fe-Si-Al合金非晶 納米晶Al-Ni-Co系Sm-Co系Nd-Fe-B系非金屬磁性材料軟磁鐵氧體：Mn-Zn、Ni-Zn、Mg-Zn永磁鐵氧體：Sr鐵氧體、Ba鐵氧體.第2頁，共30頁。二、軟磁鐵氧體材料與其它軟磁合金及金屬粉芯材料參數(shù)比較材料性能鐵氧體合金金屬粉芯非晶納米晶i 520K 5300K5450 3150K100K Tc() 100500 500500750210485 570Bs(T) 0.30.5 0.82.411

2、.2 0.5511.3Hc(e) 0.050.5 0.0033 0.0033tg/i(10-6) 10K5825100K1080301M254000100（cm） 10108 10-5 10104 1.410-4 1.310-4 .第3頁，共30頁。三、軟磁鐵氧體材料的優(yōu)缺點1、優(yōu)點：高電阻率10108cm,而金屬磁只有10-5左右tanef,高頻下鐵氧體有優(yōu)勢。高頻磁導(dǎo)率比金屬磁性材料高，損耗低。工作頻率寬。 磁芯易獲得相應(yīng)形狀和功能 。成本低。 .第4頁，共30頁。2、缺點：低Bs，單位體積儲能少。導(dǎo)熱差抗拉強度小、脆、難加工，但金屬易加工而需軋片或細(xì)粉。 未加工部位的尺寸有2%公差。 以

3、上優(yōu)缺點決定了金屬磁性材料用于較高磁通密度的低頻直流，強電大功率場所，如電力工業(yè)、輸電變壓器，電機等；鐵氧體主要用于高頻、脈沖弱磁場下。 .第5頁，共30頁。四、常用軟磁鐵氧體材料Mg-Zn材料、Ni-Zn材料Mn-Zn材料 Mn-Zn材料又分為： 功率鐵氧體：DMR30、DMR40、DMR44、DMR50、DMR90 ； 高導(dǎo)鐵氧體：R4K、R5K、R7K、R10K、R12K 各鐵氧體的特點比較材料性能使用頻率材料成本工藝特點Mg-Zn電阻率高、Bs低一般25MHZ低燒結(jié)設(shè)備簡單Ni-Zn電阻率高、晶粒小一般1M-100M高燒結(jié)設(shè)備簡單Mn-Zn電阻率低、i高一般1MHZ低需氣氛窯燒結(jié).第6

4、頁，共30頁。五、Mn-Zn鐵氧體材料Mn-Zn鐵氧體按使用場合分兩類： 功率鐵氧體：傳輸較大功率和儲能場合，工作在瑞利區(qū)以外，要求PC低Bs高、Tc高 高導(dǎo)鐵氧體：為電子線路提供阻抗匹配耦合等，工作在弱場下(瑞利區(qū)之內(nèi))，要求i高1、功率鐵氧體材料主要用于高頻小型化開關(guān)電源、電視機顯示器的回掃變壓器等。發(fā)展過程70年代第一代 中國2KD TDK H35 PHILIPS 3C85 適于20KHZ 80年代初第二代 (DMR30)2KBD TDK PC30 EPCOS N27 適于100K以下80年代后期第三代 (DMR40)2KB1 TDK PC40 PHILIPS 3C90 適于250K以下

5、90年代中第四代 DMR50 TDK PC50 PHILIPS 3F4 適于500K以上.第7頁，共30頁。發(fā)展方向 向超低功耗方向發(fā)展，已系列化，如TDK PC40 44 45 46 47 Pc95 繼續(xù)向高頻化方向發(fā)展，可用1M的PC50 可用4M的PHILIPS 3F5 向低功耗、高Bs、高Tc綜合性能方向發(fā)展：如TDKPc90開關(guān)電源變壓器對功率鐵氧體材料的要求變壓器可傳輸功率為：Pth = c f Bmax Ae WdPth傳輸功率C與開關(guān)電源電路工作型式有關(guān)系數(shù)， Bmax最大允許磁通Ae磁路有效截面積Wd繞組設(shè)計參數(shù)即 Pth f Bmax Ae .第8頁，共30頁。上式說明：a

6、 工作頻率f越大， Pth 越大b 飽和磁通密度越高，Pth 越大c Ae越大（磁芯體積越大），Pth 越大 d 在Pth 一定情況下減少電源體積（減少Ae）必須增大f或Bmax即fB為表征材料的性能因子但B是由材料成份決定不可無限提高（Mn-Zn 約0.5T），而f提高后會引磁芯起發(fā)熱，制約著Pth 的提高，故引入?yún)?shù)Pc Pc = K fm Bn = fBdHCef2B2/Prf=10-100k m=1.3 典型值n=2.5f100K m繼續(xù)增降低磁芯損耗：減Hc增，減少晶粒尺寸當(dāng)磁芯發(fā)熱時磁芯能否正常工作，又引入一個物理量居里溫度。功率鐵氧體要求高的Tc，.第9頁，共30頁。綜上所述，對

7、功率材料的要求為：大的Bs防飽和 f增大時有小的PL防發(fā)熱高的Tc防過熱矢效對磁導(dǎo)率i要求不太高.第10頁，共30頁。功率鐵氧體材料主要性能指標(biāo)簡述 A：功耗（power loss) 意義：磁心從交變電磁場中吸收的轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿牟糠帜芰俊?功耗與使用關(guān)系：功耗越大變壓器轉(zhuǎn)換率越低，變壓器發(fā)熱越嚴(yán)重。 影響功耗的因素： a、頻率：頻率越高功耗越高 b、磁通密度：磁通密度越大功耗越高 c、溫度：功率鐵氧體在某一溫度具有最低的功耗 這一點一般定為變壓器的工作溫度點 .第11頁，共30頁。功耗與頻率關(guān)系圖：(DMR24） .第12頁，共30頁。功耗與溫度磁通密度關(guān)系圖（DMR24）.第13頁，共30頁。

8、功耗與溫度關(guān)系圖（DMR24）.第14頁，共30頁。B ：飽和磁通密度（Bs） 意義：磁通密度達(dá)到的最高值。 飽和磁通密度與使用的關(guān)系： 磁心飽和磁通密度越高、變壓器可傳輸功率越大 影響飽和磁通密度的因素： 磁心密度：密度越大、飽和磁通密度越大 溫度： 溫度越高、飽和磁通密度越低 配方.第15頁，共30頁。C ：居里溫度 意義：磁心從鐵磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾艩顟B(tài)溫度，即從磁性材料轉(zhuǎn)變?yōu)?非磁性材料的溫度 居里溫度與使用關(guān)系： 居里溫度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于使用溫度 影響居里溫度的因素： 材料的配方、生產(chǎn)工藝 值達(dá)到居里溫度后變?yōu)?，與不導(dǎo)磁物質(zhì)同.第16頁，共30頁。飽和磁通密度與溫度的關(guān)系曲線.第17頁，共3

9、0頁。D：直流疊加特性 意義：不作為材料特性介紹，本指標(biāo)是磁心的特性。 很多電感器在直流偏置場下工作，要求加直流的情況下磁心仍有很高的電感。 通常要求電感系數(shù)下降率： AL（在加直流下） 100% AL（在不加直流下） 直流疊加與使用的關(guān)系：直流疊加達(dá)不到要求會造成器件電感達(dá)不到要求 影響直流疊加特性的因素： 材料Bs 直流疊加特性越好 材料Br 直流疊加特性越好 測試溫度會影響直流疊加特性 磁心氣隙越深直流疊加越好 磁心截面積越大直流疊加越好.第18頁，共30頁。、我公司功率鐵氧體材料 命名方法 DMR 40 東磁 軟磁 號碼 東磁材料 TDK材料工作頻率普通頻率100KHZ普通DMR30P

10、c30高BsDMR30D DMR22Hv22100K250KHZ普通DMR40Pc40低功耗普通工作點100DMR44Pc44工作點45DMR46Pc46寬溫DMR95Pc95高Bs高TcDMR90Pc90中高頻250K500KHZDMR55DMR56高頻500K1MKHZ普通DMR50Pc50高BsDMR50B.第19頁，共30頁。TDK公司牌號PC30HV22PC40PC44PC50DMEGC(東磁公司)DMR30DMR30DDMR40DMR44DMR50DMR55FDK6H105H206H206H407H10/7H20TOKIN3100B2500BBH2BH1B40BH5SIEMENS(

11、EPCOS)N41N92N67N97N49PHILIPS3B83C92/3C933C91/3C943C963F353F3HITACHI/NIPPONSB-5SSB-3LSB-7CSB-9CSBIMTOMITA2E62E6C2E72E8NEOSID MMGF5A/F5CF5F44F45F47LCC THOMSONB1B5 B6 B3B2 B4 F1F2TRIDELTAMf196BMf196A/Mf196Mf198Mf198AKASCHKEK2004K2006K2008TSCTSF-7070TSF-7099TSF-5080COSMOFERRITESCF101CF196CF129CF138SAMWH

12、APL-5SM-19BPL-7PL-9NICERA2MBM18/BM25 BM27NC-2H2HM55MISKRA25G15G45G35G75G55G 、各大公司功率鐵氧體材料牌號對照表.第20頁，共30頁。2、高導(dǎo)鐵氧體主要用于局域網(wǎng)隔離變壓器、差模濾波器 寬帶變壓器、低功率驅(qū)動變壓器等。發(fā)展方向：高i、寬頻、寬溫、低THD高導(dǎo)鐵氧體的幾個主要指標(biāo) A、 起始磁導(dǎo)率及電感系數(shù) B、 i T特性，溫度系數(shù) C、 i f特性 D、 比損耗特性 E、 THD特性 .第21頁，共30頁。A、起始磁導(dǎo)率 電感系數(shù) 意義： 起始磁導(dǎo)率是反映材料導(dǎo)磁性的一個指標(biāo)、指在小磁場低頻下材料的磁導(dǎo)率。 電感系數(shù)為

13、磁性器件繞一匝時的電感量用符號AL表示，若電感器繞線圈匝數(shù)為N 電感器的電感L=N2AL 起始磁導(dǎo)率、電感系數(shù)與使用的關(guān)系： 起始磁導(dǎo)率越高電感系數(shù)就越高，客戶做成的器件的電感量就越高 影響起始磁導(dǎo)率、電感系數(shù)的因素： 起始磁導(dǎo)率與材料的配方和工藝有關(guān) 電感系數(shù)受影響的因素為： 起始磁導(dǎo)率越高電感系數(shù)就越高 磁心Ae/Le越大，即磁心形狀粗短、電 感系數(shù)越高 開氣隙越深、電感系數(shù)越小.第22頁，共30頁。B、i T特性意義： 材料的磁導(dǎo)率隨溫度的變化特性為i T特性， i 在很 寬的溫度范圍內(nèi)變化小即為寬溫材料i T特性與使用關(guān)系： i T特性越好，磁心在很寬的溫度范圍內(nèi)電感量變化小，就可在很

14、寬的溫度范圍內(nèi)使用。影響i T特性的因素： 材料的配方 制粉工藝 燒結(jié)工藝.第23頁，共30頁。i T特性關(guān)系圖（R7K）.第24頁，共30頁。C、 i f特性 意義： 材料的磁導(dǎo)率隨使用頻率的變化關(guān)系即為i f特性,當(dāng)i 降低 時的頻率為截止頻率 i f特性與使用的關(guān)系： 截止頻率以上材料的i值急劇下降，使材料的電感值急劇下降，會造成產(chǎn)品失效不能使用。所謂寬頻即為截止頻率高。 影響i f特性的因素： 材料的制造工藝 材料的晶粒尺寸越小截止頻率越高 材料的磁導(dǎo)率越低截止頻率越高 產(chǎn)品的尺寸與形狀.第25頁，共30頁。i f特性曲線圖（R7K） .第26頁，共30頁。D、 損耗角正切特性 損耗角

15、正切意義： 表示在交變磁化過程中能量的損耗與儲存之比 損耗角正切與使用的關(guān)系： 損耗角正切越大、損耗越大，器件的品質(zhì)越差 影響損耗角正切的因素： 材料的生產(chǎn)工藝 產(chǎn)品開氣隙后tan會變小，但 不變.第27頁，共30頁。E、THD（Total Harmonic Distortion)總諧波失真 意義： 磁性器件中輸入正弦波、輸出波形發(fā)生了畸變失真，描述失真程序的參數(shù) THD與使用關(guān)系： THD越差、信號失真越大、信號的誤差越大、信息受損失傳輸距離變近 影響THD的因素： 材料本身的磁滯系數(shù) 磁心研磨面的平整度 磁心的形狀設(shè)計.第28頁，共30頁。3、我公司高導(dǎo)鐵氧體材料的特性 命名方法 R 10

16、K 磁導(dǎo)率大小 軟磁材料名稱itan/i(10-6)r（10-6）（2060）居里溫度（）R4K430025%100.52150R5K500025%150.52140R7K700025%300.52125R10K1000030%70.52120R12K1200030%70.52110R15K1500030%70.52110.第29頁，共30頁。4、世界各大公司高導(dǎo)鐵氧體材料對照表i值公司名稱4000600010000120001500020000DMEGC(東磁公司)R4KR6KR10KR12KR15KR20KISKRA FERITI19G22G12G32G52GPHILIPS3S1 3E4 3C113E27 3E253E53E63E73E9TOKIN4000H6000H12000H15000H18000HVOGTF1340F1360F1410LCC THOMSONA6 T6A4A5 T4A3 A2KASHKEK4000K5000K8000 K10000HITACHI/NIPPONGP7GP5 GQ5CGP11GP12GP15TOMITA2E32E72E2NEOSID MMGF9N F9F10 FT6F39 FTAFDK FUJI2H042H062H10 2H15B2H15TRIDELTAMf193M