磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹

鐵氧體軟磁材料介召磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第1頁(yè)SPINEL內(nèi)容磁學(xué)常識(shí)：磁性材料分類(lèi)磁學(xué)常識(shí)：磁性起源磁學(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)介召磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第2頁(yè)SPINEL磁芯鐵氧體磁芯合金類(lèi)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(lèi)磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第3頁(yè)SPINELA）錳鋅系組成約為：Fe2O371%,MnO20%,其它為：ZnO電阻率高(10ohm-cm)磁心損耗低居里溫度高形狀：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(lèi)磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第4頁(yè)SPINELB）鎳鋅系組成約為：Fe2O350%,NiO24%,其它為：ZnO電阻率很高(107ohm-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(lèi)磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第5頁(yè)SPINEL鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰幾百個(gè)分子電流圈流向一致，所以在這些極小區(qū)域內(nèi)就形成了一個(gè)個(gè)天然磁性區(qū)域—磁疇。磁學(xué)常識(shí)：磁性起源1鐵磁材料內(nèi)部磁疇排列雜亂無(wú)章，磁性相互抵消，所以對(duì)外不顯示磁性。鐵磁材料之所以含有高導(dǎo)磁性，是因?yàn)樵谒鼈儍?nèi)部含有一個(gè)特殊物質(zhì)結(jié)構(gòu)—磁疇。磁疇是怎么形成？磁疇因受外磁場(chǎng)作用而順著外磁場(chǎng)方向發(fā)生歸順性重新排列，在內(nèi)部形成一個(gè)很強(qiáng)附加磁場(chǎng)。（a）無(wú)外磁場(chǎng)情況（b）有外磁場(chǎng)情況磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第6頁(yè)SPINELBHBHBHBH(A)(B)(C)(D)磁學(xué)常識(shí)：磁性起源2磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第7頁(yè)SPINELBHHcBsBr磁學(xué)常識(shí)：磁化曲線1Iuφ電路部分磁路部分H=NI/LeLe有效磁路長(zhǎng)度B＝μHμ導(dǎo)磁率Φ=BAeH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

μ導(dǎo)磁率磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第8頁(yè)SPINEL磁滯回線中H為零時(shí)B并不為零現(xiàn)象說(shuō)明鐵磁材料含有剩磁性。BH0cba起始磁化曲線oa段是線性段ab段是上升段bc段是磁化曲線膝部C點(diǎn)以后是飽和段起始磁化曲線反應(yīng)了什么？起始磁化曲線ab段反應(yīng)了鐵磁材料高導(dǎo)磁性；c點(diǎn)以后說(shuō)明鐵磁材料含有磁飽和性。磁滯回線中B改變總是落后于H改變說(shuō)明鐵磁材料含有磁滯性；軟磁材料重復(fù)磁化一周所組成曲線稱(chēng)為磁滯回線。磁學(xué)常識(shí)：磁化曲線2磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第9頁(yè)磁芯線圈中經(jīng)過(guò)交變電流時(shí)，H大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場(chǎng)中重復(fù)磁化過(guò)程中，B改變總是滯后于H改變，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁滯性；當(dāng)H減為零時(shí)B并不為零。

磁導(dǎo)率可達(dá)102~104，由軟磁材料組成磁路磁阻很小，在線圈中通入較小電流即可取得較大磁通。

B不會(huì)隨H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磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第10頁(yè)磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率μ（1）1起始磁導(dǎo)率μi1μ0

μi是材料在弱場(chǎng)磁化過(guò)程中一個(gè)宏觀特征表示量。是磁性材料磁導(dǎo)率（B/H）在磁化曲線始端極限值，μi=

B式中：limH→0BHμ0為真空磁導(dǎo)率（4π×10-7H/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：μi通常是用要求尺寸環(huán)形磁芯測(cè)量而得；磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第11頁(yè)磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率μ（2）1起始磁導(dǎo)率μiμi計(jì)算μi=L/(4.6N2hlg(D/d))×107(適合用于環(huán)形磁芯)

式中N……測(cè)試線圈匝數(shù)(N)L……裝有磁芯線圈自感量（mH）h……磁芯高度(mm)D……磁芯外直徑(mm)d……磁芯內(nèi)直徑(mm)測(cè)量方法磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第12頁(yè)磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率μ（3）2有效導(dǎo)磁率μe變壓器或電感器磁芯中慣用非閉合E型、U型等配對(duì)磁芯，其磁路各部分形狀尺寸不一樣，而且其配合面不可防止地仍有殘余氣隙；此時(shí)，必須用有效導(dǎo)磁率μe來(lái)表示磁芯導(dǎo)磁率；μe=LC1/(4πN2)×107

C1……磁芯磁路常數(shù)(cm-1)磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第13頁(yè)磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率μ（4）3振幅導(dǎo)磁率μα作功率變換開(kāi)關(guān)電源變壓器磁芯是工作在高磁通密度下,所以必須引入振幅磁導(dǎo)率參數(shù)才能真實(shí)反應(yīng)出功率型磁芯在高磁通密度下磁特征;μα=1/μ0*B/H

(式中要求B值比測(cè)時(shí)高出數(shù)百倍以上,比如:200mT)磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第14頁(yè)磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗

（1）1損耗因子tanδ

表示小信號(hào)下材料損耗特征,因?yàn)榇判緭p耗引發(fā)信號(hào)相移; tanδ=Rs/ωLsRs磁芯及線圈損耗等效電阻；Ls裝有磁芯線圈自感量；tanδ稱(chēng)損耗因子，表示損耗功率與無(wú)功功率比值，其磁芯損耗包含磁滯損耗、渦流損耗、剩下?lián)p耗即：

tanδ=tanδn+tanδe+tanδr磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第15頁(yè)SPINEL氣隙對(duì)損耗因子影響磁芯開(kāi)制氣隙后，能夠增加磁場(chǎng)和溫度穩(wěn)定性，損耗因子有所下降（tanδ）gap=tanδ·μe/μi比損耗因子，與材料幾何尺寸無(wú)關(guān)，表示小信號(hào)下材料損耗特征；磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗

（2）1損耗因子tanδ磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第16頁(yè)SPINEL磁性器件作濾波器電感時(shí)，通慣用具質(zhì)原因Q來(lái)表示它質(zhì)量；

Q=1/tanδQ與頻率和繞組參數(shù)相關(guān)；磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗

（3）

2品質(zhì)原因Q磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第17頁(yè)SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗

（4）

3大信號(hào)下功率損耗PcP=Ph+Pe+Pr(Ph、Pe、Pr表示磁滯、渦流、剩下?lián)p耗)磁性材料在高磁通密度下單位體積損耗。該磁通密度通常表示為：Bm=E/4.44fNAe×106（mT）式中：Bm為磁通密度峰值（mT）E為線圈兩端電壓（V）f為頻率（KHz），N為匝數(shù)Ae為磁芯有效面積（m2）磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第18頁(yè)SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗

（5）

3大信號(hào)下功率損耗Pc為標(biāo)準(zhǔn)化PC測(cè)量，通常情況下依據(jù)使用情況指定測(cè)試頻率與Bm，如：16KHz150mT;25Khz200mT;100KHz200mT等測(cè)量方法磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第19頁(yè)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、剩下磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、矯頑力Hc飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs是把足夠大磁場(chǎng)Hs加到磁性體后自發(fā)磁化，即是飽和磁化強(qiáng)度Ms有以下關(guān)系：

Bs=Ms+μ0Hs

式中μ0表示真空磁導(dǎo)率，μ0=4π×10-7H/m。大部分軟磁鐵氧體Ms處于200-500mT范圍之間，而且在103-104A/m磁場(chǎng)內(nèi)飽和。所以，μ0Hs值為1-10mT可忽略，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度可看作與飽和磁化強(qiáng)度幾乎相等。磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第20頁(yè)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、剩下磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、矯頑力Hc因?yàn)檐洿挪牧显诮蛔兇艌?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)下磁通密度；Br為從磁飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，剩下磁通密度；Hc為從磁飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，磁芯繼續(xù)被反向磁場(chǎng)磁化，直至磁通密度減小到零，此時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度稱(chēng)為矯頑力。磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第21頁(yè)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αμ定義為：因?yàn)闇囟雀淖兌l(fā)被測(cè)量相對(duì)改變與溫度改變之比。例：磁導(dǎo)率溫度系數(shù)為：αμ=式中：μ1是T1溫度時(shí)磁導(dǎo)率，μ2是T2溫度時(shí)磁導(dǎo)率。因?qū)τ谕粋€(gè)軟磁材料，其磁芯αμ/μi值是一個(gè)常數(shù)。故慣用αμ/μi來(lái)表示溫度特征。μ2－μ1μ1（T2－T1）磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第22頁(yè)SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：截止頻率fr截止頻率fr因?yàn)檐洿挪牧袭牨诠舱窈妥匀还舱裼绊懀殡S頻率提升，使軟磁材料μ值下降為起始值二分之一且μ″值到達(dá)峰值時(shí)頻率，稱(chēng)為截止頻率。磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第23頁(yè)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轉(zhuǎn)變溫度，在這個(gè)溫度磁性材料磁性將變得很小或消失，它表示方式有很多，我們普通按下列圖進(jìn)行測(cè)量，即伴隨溫度升高，磁導(dǎo)率下降到最大值80%及20%時(shí)，兩點(diǎn)聯(lián)線，延長(zhǎng)到與溫度軸交點(diǎn)即為居里溫度。磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第24頁(yè)SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：其它參數(shù)

電阻率ρ

單位截面積和單位長(zhǎng)度磁性材料電阻；和磁芯渦流損耗相關(guān)系。

密度d單位體積材料重量d=W/V式中：W為磁性材料重量，V為磁性材料體積。磁芯密度對(duì)Bs、μi等特征有一定影響。電感系數(shù)AL定義為含有一定形狀和尺寸磁芯上每一匝線圈產(chǎn)生自感量。

AL=L/N2

式中：L為裝有磁芯線圈自感量（H），N為匝數(shù)。磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第25頁(yè)SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展

以日本TDK企業(yè)產(chǎn)品為代表，當(dāng)代功率鐵氧體經(jīng)歷了四代： 70年代初開(kāi)發(fā)HC35材料最高20KHz 80年代初H7C1（PC30）材料最高100KHz 80年代H7C4（PC40）材料最高300KHz 90年代中H7F（PC50）材料500KHz中心磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第26頁(yè)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1／4～1／3，主要差異就在于功耗最低點(diǎn)溫度不一樣，PC45為60-80℃，PC46為40-50℃，PC47則是100℃，它們有一個(gè)顯著缺點(diǎn)，一旦偏離了功耗最低點(diǎn)，損耗值急劇上升。其推出PC95則屬于寬溫低功耗功率鐵氧體新材料，起始磁導(dǎo)率為3300±25﹪；25℃時(shí)飽和磁通量密度為540mT，100℃時(shí)為430mT；25℃～120℃內(nèi)功率損耗均小于350Kw／m3（B=200mT，f=100KHz），在25℃和120℃時(shí)，功耗均為350Kw／m3，80℃時(shí)為280Kw／m3。這種材料是當(dāng)前性能最為優(yōu)良功率鐵氧體材料。磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第27頁(yè)SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展

日本TDK企業(yè)鐵氧體材料性能表（功率鐵氧體）材料型號(hào)初始磁導(dǎo)率（μi）磁芯損耗（Pcv）Kw／m3飽和磁通量密（Bs）mT居里溫度（Tc）℃25℃60℃100℃25℃60℃100℃PC331400±25﹪1100800600520440≥290PC402300±25﹪600450410510450390≥215PC442400±25﹪600400300510450390≥215PC452500±25﹪570250460530420≥240PC463200±25﹪350250660530410≥230PC472500±25﹪600400250530420≥230PC501400±25﹪130﹡80﹡80﹡470440380≥230PC902200±25﹪680320540320PC953300±25﹪350290530410注：磁芯損耗測(cè)試條件為：B=200mTf=100KHz；飽和磁通量密度測(cè)試條件為：H=1194A／m﹡500KHz50mT磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第28頁(yè)SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展

SPINEL鐵氧體材料性能表（功率鐵氧體）磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第29頁(yè)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-19BJR2KBH2HV453C30SM-19CJR5KH5BA053E4T35NC-5YSM-50JR7KH5B2A077000H3E25/3E27T37/T44NC-7SM-70SJR10KH5C2A103E5T38NC-10HSM-100S磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第30頁(yè)SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展

溫度特征磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第31頁(yè)SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展

溫度特征磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第32頁(yè)SPINEL磁性材料應(yīng)用：一.磁芯形狀及特點(diǎn)形狀特點(diǎn)EE、EITYPE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、EEDTYPElowprofile（扁平特征）適合高密度裝配磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第33頁(yè)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、POTTYPElowprofile（扁平特征）適合高密度裝配EPcore含有高對(duì)稱(chēng)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磁性材料常識(shí)參數(shù)介紹第34頁(yè)SPINEL磁性材料應(yīng)用：二.磁芯外形特點(diǎn)比較型式成本考量POTRMEEEERPQEPToroidal磁芯成本高高低中高中很低線架成本低低低中高高---繞線成本低低低低低低高繞線難易度輕易輕易很輕易很輕易輕易輕易難組合簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單中簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單---散熱效果很差好很好好好很差好屏蔽效果