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月鐵氧體磁芯及其應(yīng)用2007年1月1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提綱關(guān)于鐵氧體2關(guān)于鐵氧體

磁性材料的分類

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)關(guān)于鐵氧體磁性材料的分類3

軟磁鐵氧體的定義及特征軟磁鐵氧體是可表示為下列分子式的尖晶石晶體結(jié)構(gòu)的磁性材料MFe2O4

式中M代表錳、鎳、鋅、銅、鎂、鈷等二價金屬離子。軟磁鐵氧體的定義及特征4

軟磁鐵氧體的主要優(yōu)點電阻率遠(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飽和磁通密度較低，質(zhì)地脆，易碎。軟磁鐵氧體的主要優(yōu)點5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)自動化和汽車、航空、航天及軍事領(lǐng)域。軟磁鐵氧體的主要用途6種類繁多的軟磁鐵氧體磁芯種類繁多的軟磁鐵氧體磁芯7軟磁鐵氧體具有廣泛的用途軟磁鐵氧體具有廣泛的用途8

軟磁鐵氧體制造工藝流程

按照預(yù)定的配方稱重，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)。再通過磨削加工、分類和包裝獲得成品。軟磁鐵氧體制造工藝流程9鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件10

軟磁鐵氧體的技術(shù)原理磁芯的顯微結(jié)構(gòu)放大500倍軟磁鐵氧體的技術(shù)原理磁芯的顯微結(jié)構(gòu)放大500倍11磁疇及磁化過程磁疇及磁化過程12磁化曲線及磁滯回線磁化曲線及磁滯回線131、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為磁場強度(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)1、初始磁導(dǎo)率μi軟磁鐵氧體的主要技術(shù)性能參數(shù)14磁導(dǎo)率和磁化曲線的關(guān)系磁導(dǎo)率和磁化曲線的關(guān)系152.有效磁導(dǎo)率μe為了繞制的方便，在變壓器及濾波器等器件中,常采用兩只形狀相同的磁芯配對構(gòu)成閉合磁路。由于磁路各部份形狀尺寸不同，且配合面不可避免有殘余氣隙(為改善性能,有時在磁路人為開制氣隙),因此要用有效磁導(dǎo)率來表征磁芯的性能。

式中 L為裝有磁芯的線圈的電感量(H) N為線圈匝數(shù) le為有效磁路長度(m) Ae為有效截面積(m2)2.有效磁導(dǎo)率μe16開氣隙提高了磁芯抗飽和的能力開氣隙提高了磁芯抗飽和的能力17鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件183.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)去除磁場后，磁芯繼續(xù)被反向的磁場磁化，直至磁通密度減為零，此時的磁場強度稱為矯頑力。3.飽和磁通密度Bs(T)196.居里溫度Tc(℃)在該溫度下材料由鐵磁性(或亞鐵磁性)轉(zhuǎn)變成順磁性。6.居里溫度Tc(℃)207.電阻率ρ(Ω/m)具有單位截面積和單位長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)7.電阻率ρ(Ω/m)219.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為勵磁電壓有效值(V)

9.功率損耗Pc(kW/m3、W/kg)22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，對于常見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：P2310.電感因數(shù)AL(nH/N2)電感因數(shù)定義為具有一定形狀和尺寸的磁芯上每一匝線圈產(chǎn)生的電感量，即AL=L/N2式中L為裝有磁芯的線圈的電感量(H)N為線圈匝數(shù)10.電感因數(shù)AL(nH/N2)24NCDMnZn軟磁鐵氧體材料分類1、LP系列功率鐵氧體材料，主要用于開關(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。NCDMnZn軟磁鐵氧體材料分類25鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件26鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件27鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件28鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件29鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件30關(guān)于鐵氧體磁芯的一般應(yīng)用小信號處理功率轉(zhuǎn)換EMI抑制電波吸收關(guān)于鐵氧體磁芯的一般應(yīng)用小信號處理31

小信號處理1、濾波線圈要求：低損耗（高Q），精確的電感量，良好的時間穩(wěn)定性，固定的溫度依賴性。 適用的材料：R2KB(JSF)，N48(Epcos) 適用的磁芯：罐型、RM小信號處理322.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;有時要有良好的DC-Bias特性；低THD(ADSL應(yīng)用時)。適合的磁芯形狀：EE、EP、RM、POT、環(huán)形等適合的材料：HP2/HP2F HP3/HP3F 2.寬帶變壓器主要技術(shù)要求：33鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件343、調(diào)諧線圈4、電流互感器5、延遲線3、調(diào)諧線圈35功率轉(zhuǎn)換1、功率變壓器2、輸出扼流圈3、驅(qū)動變壓器4、行輸出變壓器5、LCD背光源逆變器功率轉(zhuǎn)換36功率轉(zhuǎn)換：DC-DC\AC-DC\DC-AC功率轉(zhuǎn)換：DC-DC\AC-DC\DC-AC37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 有時需要氣隙適合的磁芯形狀：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主磁芯變壓器磁芯主要技術(shù)要求：功率轉(zhuǎn)換：DC38磁芯規(guī)格的選擇：傳輸功率磁芯規(guī)格的選擇：39LCD背光照明逆變器（backligtinginverter)LCD背光照明逆變器（backligtinginverte40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LP3、LP3A適合的磁芯形狀為UI、EFD、EPC、EE主要技術(shù)要求：在50—100kHz內(nèi)有很低的損耗，損耗溫度系數(shù)為負(fù)值41鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件42鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件43

用于行輸出變壓器（FBT)的鐵氧體磁芯用于行輸出變壓器（FBT)的鐵氧體磁芯44

FBT基本工作原理圖FBT基本工作原理圖45

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 需要氣隙(airgap)適用的磁芯形狀：UYF適用的材料：LP3基本技術(shù)要求：46鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件47EMI抑制輸入濾波器EMI濾波器EMI抑制48

鐵氧體磁芯用于EMI抑制EMI抑制基本原理鐵氧體磁芯用于EMI抑制49輸入濾波器（共模扼流圈）輸入濾波器（共模扼流圈）50鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件51

EMI濾波器EMI濾波器52主要技術(shù)要求：在所需頻率范圍內(nèi)有高的阻抗Z主要技術(shù)要求：53鐵氧體磁芯及其應(yīng)用-NCDppt課件54適用的材料：MnZn系及NiZn系適用的材料：MnZn系及NiZn系55關(guān)于用于平面變壓器的鐵氧體關(guān)于用于平面變壓器的鐵氧體56SeveraltypesofplanardevicesSeveraltypesofplanardevice57AdvantagesofplanartechnologyTherearemanyadvantagesofplanarmagnetictechnologyoverconventionalwire-woundinductivecomponents.Anobviousadvantageisaverylowbuildheight,whichpromotesplanarindenserack-mountandportableequipment.Advantagesofplanartechnolo58Planarmagneticsareverywellsuitedfordesignofhighperformanceswitch-modepowerconverters.LowACcopperlossesandgoodcouplingincreaseconversionefficiency.Levelshigherthan95%canbeachieved,providedthatthecoreisungappedoronlyhasamoderateairgap.Inaddition,lowleakageinductancereducesvoltagespikesandoscillationsthatcandamageMOSFETsandincreaseinterferenceemission.Planarmagneticsareverywell59Goodheatmanagementleadstoveryhighthroughputpowerdensity,uptotwicethevalueforconventionaltransformers.Verygoodrepeatabilityofparasiticsenableshighswitchingfrequenciesandresonanttopologies.CoresareavailableinmaterialLP5forswitchingfrequenciesupto1MHz.Goodheatmanagementleadsto60ApplicationsPowerconversion·Componentspowertransformer,outputorresonantchoke(s),mainsfilterchoke·AC/DCconverter(mains-fedpowersupply)Stand-aloneSMPSBatterycharger(mobilephone,portablecomputers)Instrumentation&controlApplications61·DC/DCconverter(distributedorbattery-fedpowersupply)PowerconvertermodulesTelecommunicationsnetworkswitch(distributedsupply)Mobilephone(mainpowersupply)Portablecomputer(mainpowersupply)Electriccar(tractionvoltageto12Vdownconverter)·DC/DCconverter(distributed62·AC/ACconverter(mains-fedpowersupply)CompactfluorescentlampsInductionheating,welding·DC/ACinverter(battery-fedpowersupply)Mobilephone(LCDbacklighting)Portablecomputer(LCDbacklighting)Gasdischargecarheadlamp(ballast)Carrearwindowheating·AC/ACconverter(mains-fedp63Pulsetransmission·ComponentwidebandtransformerS0interface(subscribertelephoneline)Uinterface(subscriberISDNline)T1/T2interface(trunklinebetweennetworkswitches)ADSLinterface(AsynchronousDigitalSubscriberLine)HDSLinterface(HighDigitalSubscriberLine)Pulsetransmission64FerritematerialchoicePowermaterialsLP5(frequenciesupto1000kHz)andLP3/LP3A(frequenciesupto300kHz)areavailable.ThehighpermeabilitymaterialHP3(μi=10000)canbeselectedformainsfilterchokesandwidebandtransformers.Ferritemat