软磁材料性能课件.ppt

1、.铁氧体软磁材料的性能和应用.一、常用磁性材料的分类一、常用磁性材料的分类分类软磁Hc10A/cm永磁Hc100A/cm金属磁性材料纯Fe Si-FeFe-Ni合金 Fe-Si-Al合金非晶 纳米晶Al-Ni-Co系Sm-Co系Nd-Fe-B系非金属磁性材料软磁铁氧体：Mn-Zn、Ni-Zn、Mg-Zn永磁铁氧体：Sr铁氧体、Ba铁氧体.二、软磁铁氧体材料与其它软磁合金及金属粉芯材料参数比较二、软磁铁氧体材料与其它软磁合金及金属粉芯材料参数比较材料材料性能性能铁氧体铁氧体合金合金金属粉芯金属粉芯非晶非晶纳米晶纳米晶i i 5 520K 20K 5 5300K300K5 5450 450 3 3

2、150K150K100K 100K Tc() Tc() 100100500500 500500500750500750210210485 485 570570Bs(T) Bs(T) 0.30.30.5 0.5 0.80.82.42.41 11.2 1.2 0.550.551 11.31.3Hc(e) Hc(e) 0.050.050.50.5 0.0030.0033 3 0.0030.0033 3tg/itg/i( (1010-6-6) ) 10K10K5 58 82525100K100K1010808030301M1M252540004000100100 （cmcm） 101010108 8

3、1010-5-5 101010104 4 1.41.41010-4-4 1.31.31010-4-4 .三、软磁铁氧体材料的优缺点三、软磁铁氧体材料的优缺点1 1、优点、优点：高电阻率高电阻率101010108 8cm,cm,而金属磁只有而金属磁只有1010-5-5左右左右tanef,tanef,高频下铁氧体有优势。高频下铁氧体有优势。高频磁导率比金属磁性材料高，损耗低。高频磁导率比金属磁性材料高，损耗低。工作频率宽。工作频率宽。 磁芯易获得相应形状和功能磁芯易获得相应形状和功能 。成本低。成本低。 .2 2、缺点、缺点：低低BsBs，单位体积储能少。，单位体积储能少。导热差导热差抗拉强度小、

4、脆、难加工，但金属易加工而需轧片或抗拉强度小、脆、难加工，但金属易加工而需轧片或细粉。细粉。 未加工部位的尺寸有未加工部位的尺寸有2%2%公差。公差。 以上优缺点决定了金属磁性材料用于较高磁通密度以上优缺点决定了金属磁性材料用于较高磁通密度的低频直流，强电大功率场所，如电力工业、输电变的低频直流，强电大功率场所，如电力工业、输电变压器，电机等；铁氧体主要用于高频、脉冲弱磁场下。压器，电机等；铁氧体主要用于高频、脉冲弱磁场下。 .四、常用软磁铁氧体材料四、常用软磁铁氧体材料Mg-ZnMg-Zn材料、材料、Ni-ZnNi-Zn材料材料Mn-ZnMn-Zn材料材料 Mn-ZnMn-Zn材料又分为：材

5、料又分为： 功率铁氧体：功率铁氧体：DMR30DMR30、DMR40DMR40、DMR44DMR44、DMR50DMR50、DMR90 DMR90 ； 高导铁氧体：高导铁氧体：R4KR4K、R5KR5K、R7KR7K、R10KR10K、R12K R12K 各铁氧体的特点比较各铁氧体的特点比较材料性能使用频率材料成本工艺特点Mg-Zn电阻率高、Bs低一般25MHZ低烧结设备简单Ni-Zn电阻率高、晶粒小一般1M-100M高烧结设备简单Mn-Zn电阻率低、i高一般1MHZ低需气氛窑烧结.五、五、Mn-Zn铁氧体材料铁氧体材料Mn-ZnMn-Zn铁氧体按使用场合分两类：铁氧体按使用场合分两类： 功率

6、铁氧体：传输较大功率和储能场合，工作在瑞利区以外，要求功率铁氧体：传输较大功率和储能场合，工作在瑞利区以外，要求P PC C低低BsBs高、高、TcTc高高 高导铁氧体：为电子线路提供阻抗匹配耦合等，工作在弱场下高导铁氧体：为电子线路提供阻抗匹配耦合等，工作在弱场下( (瑞利瑞利区之内区之内) )，要求，要求ii高高1 1、功率铁氧体材料、功率铁氧体材料主要用于高频小型化开关电源、电视机显示器的回扫变压器等。主要用于高频小型化开关电源、电视机显示器的回扫变压器等。发展过程发展过程7070年代第一代年代第一代 中国中国2KD2KD TDK H35 PHILIPS 3C85 TDK H35 PHI

7、LIPS 3C85 适于适于20KHZ 20KHZ 8080年代初第二代年代初第二代 (DMR30)2KBD TDK PC30 EPCOS N27 (DMR30)2KBD TDK PC30 EPCOS N27 适于适于100K100K以下以下8080年代后期第三代年代后期第三代 (DMR40)2KB1 TDK PC40 PHILIPS 3C90 (DMR40)2KB1 TDK PC40 PHILIPS 3C90 适于适于250K250K以下以下9090年代中第四代年代中第四代 DMR50 TDK PC50 PHILIPS 3F4 DMR50 TDK PC50 PHILIPS 3F4 适于适于5

8、00K500K以上以上.发展方向发展方向 向超低功耗方向发展，已系列化，如向超低功耗方向发展，已系列化，如TDK PC40 44 45 46 47 Pc95TDK PC40 44 45 46 47 Pc95 继续向高频化方向发展，可用继续向高频化方向发展，可用1M1M的的PC50 PC50 可用可用4M4M的的PHILIPS 3F5PHILIPS 3F5 向低功耗、高向低功耗、高BsBs、高、高TcTc综合性能方向发展：如综合性能方向发展：如TDKPc90TDKPc90开关电源变压器对功率铁氧体材料的要求开关电源变压器对功率铁氧体材料的要求变压器可传输功率为：变压器可传输功率为：P Pth t

9、h = c f Bmax Ae Wd= c f Bmax Ae WdP Pthth传输功率传输功率CC与开关电源电路工作型式有关系数，与开关电源电路工作型式有关系数， BmaxBmax最大允许磁通最大允许磁通AeAe磁路有效截面积磁路有效截面积WdWd绕组设计参数绕组设计参数即即 P Pthth f Bmax Ae f Bmax Ae .上式说明：上式说明：a a 工作频率工作频率f f越大，越大， P Pthth 越大越大b b 饱和磁通密度越高，饱和磁通密度越高，P Pthth 越大越大c Aec Ae越大（磁芯体积越大），越大（磁芯体积越大），P Pthth 越大越大 d d 在在P P

10、thth 一定情况下减少电源体积（减少一定情况下减少电源体积（减少AeAe）必须增大）必须增大f f或或BmaxBmax即即f fB B为表征材料的性能因子为表征材料的性能因子但但B B是由材料成份决定不可无限提高（是由材料成份决定不可无限提高（Mn-Zn Mn-Zn 约约0.5T0.5T），而），而f f提高后会提高后会引磁芯起发热，制约着引磁芯起发热，制约着P Pthth 的提高，故引入参数的提高，故引入参数PcPc P Pc c = K f = K fm m B Bn n = fBdH = fBdHCefCef2 2B B2 2/PrPrf=10-100k m=1.3 f=10-100k

11、 m=1.3 典型值典型值n=2.5n=2.5f f100K m100K m继续增继续增降低磁芯损耗：减降低磁芯损耗：减HcHc增增，减少晶粒尺寸，减少晶粒尺寸当磁芯发热时磁芯能否正常工作，又引入一个物理量当磁芯发热时磁芯能否正常工作，又引入一个物理量居里温度。居里温度。功率铁氧体要求高的功率铁氧体要求高的TcTc，.综上所述，对功率材料的要求为：综上所述，对功率材料的要求为：大的大的BsBs防饱和防饱和 f f增大时有小的增大时有小的P PL L防发热防发热高的高的TcTc防过热矢效防过热矢效对磁导率对磁导率ii要求不太高要求不太高.功率铁氧体材料主要性能指标简述功率铁氧体材料主要性能指标简

12、述 A A：功耗（：功耗（power loss)power loss) 意义：意义：磁心从交变电磁场中吸收的转变为热能的部分能量。磁心从交变电磁场中吸收的转变为热能的部分能量。 功耗与使用关系：功耗与使用关系：功耗越大变压器转换率越低，变压器发热功耗越大变压器转换率越低，变压器发热越严重。越严重。 影响功耗的因素：影响功耗的因素： a a、频率：频率越高功耗越高、频率：频率越高功耗越高 b b、磁通密度：磁通密度越大功耗越高、磁通密度：磁通密度越大功耗越高 c c、温度：功率铁氧体在某一温度具有最低的功耗、温度：功率铁氧体在某一温度具有最低的功耗 这一点一般定为变压器的工作温度点这一点一般定为

13、变压器的工作温度点 .功耗与频率关系图：功耗与频率关系图：(DMR24(DMR24） 10110210310-1100101102103104 100 25200mT100mT50mT25mT Pcv(mw/cm3 )Frequency(KHz).功耗与温度磁通密度关系图（功耗与温度磁通密度关系图（DMR24DMR24）020406080100120140100101102103100KHz200mT100mT50mT25mT Pcv(mw/cm3 )Temperature( ）.功耗与温度关系图（功耗与温度关系图（DMR24DMR24）0204060801001200100200300400

14、500f=500KHz/ B=50mTPower Loss Pv(mw/cm3 )Temperature( ）.B B ：饱和磁通密度（：饱和磁通密度（BsBs） 意义：意义：磁通密度达到的最高值。磁通密度达到的最高值。 饱和磁通密度与使用的关系：饱和磁通密度与使用的关系： 磁心饱和磁通密度越高、变压器可传输功率越大磁心饱和磁通密度越高、变压器可传输功率越大 影响饱和磁通密度的因素：影响饱和磁通密度的因素： 磁心密度：密度越大、饱和磁通密度越大磁心密度：密度越大、饱和磁通密度越大 温度：温度： 温度越高、饱和磁通密度越低温度越高、饱和磁通密度越低 配方配方.C C ：居里温度：居里温度 意义：

15、意义：磁心从铁磁状态转变为顺磁状态温度，即从磁性材料转变为磁心从铁磁状态转变为顺磁状态温度，即从磁性材料转变为 非磁性材料的温度非磁性材料的温度 居里温度与使用关系：居里温度与使用关系： 居里温度要远远高于使用温度居里温度要远远高于使用温度 影响居里温度的因素：影响居里温度的因素： 材料的配方、生产工艺材料的配方、生产工艺 值达到居里温度后变为值达到居里温度后变为1 1，与不导磁物质同，与不导磁物质同.饱和磁通密度与温度的关系曲线饱和磁通密度与温度的关系曲线020406080100120400440480520560Flux Density B(mT)Temperature（ ）.D D：直流

16、叠加特性：直流叠加特性 意义：不意义：不作为材料特性介绍，本指标是磁心的特性。作为材料特性介绍，本指标是磁心的特性。 很多电感器在直流偏置场下工作，要求加直流的情况下磁心仍有很高很多电感器在直流偏置场下工作，要求加直流的情况下磁心仍有很高的电感。的电感。 通常要求电感系数下降率：通常要求电感系数下降率： ALAL（在加直流下）（在加直流下） 100%100% ALAL（在不加直流下）（在不加直流下） 直流叠加与使用的关系：直流叠加与使用的关系：直流叠加达不到要求会造成器件电感达不到要求直流叠加达不到要求会造成器件电感达不到要求 影响直流叠加特性的因素：影响直流叠加特性的因素： 材料材料Bs B

17、s 直流叠加特性越好直流叠加特性越好 材料材料Br Br 直流叠加特性越好直流叠加特性越好 测试温度会影响直流叠加特性测试温度会影响直流叠加特性 磁心气隙越深直流叠加越好磁心气隙越深直流叠加越好 磁心截面积越大直流叠加越好磁心截面积越大直流叠加越好.、我公司功率铁氧体材料、我公司功率铁氧体材料 命名方法命名方法 DMR 40 DMR 40 东磁东磁 软磁软磁 号码号码 东磁材料东磁材料 TDKTDK材料材料工作频率普通频率100KHZ普通DMR30Pc30高BsDMR30D DMR22Hv22100K250KHZ普通DMR40Pc40低功耗普通工作点100DMR44Pc44工作点45DMR46

18、Pc46宽温DMR95Pc95高Bs高TcDMR90Pc90中高频250K500KHZDMR55 DMR56 高频500K1MKHZ普通DMR50Pc50高BsDMR50B .TDK公司牌号PC30HV22PC40PC44PC50DMEGC(东磁公司)DMR30DMR30DDMR40DMR44DMR50DMR55FDK6H105H206H206H407H10/7H20TOKIN3100B2500BBH2BH1B40BH5SIEMENS(EPCOS)N41N92N67N97N49PHILIPS3B83C92/3C933C91/3C943C963F353F3HITACHI/NIPPONSB-5SS

19、B-3LSB-7CSB-9CSBIMTOMITA2E62E6C2E72E8NEOSID MMGF5A/F5CF5F44F45F47LCC THOMSONB1B5 B6 B3B2 B4 F1F2TRIDELTAMf196BMf196A/Mf196Mf198Mf198AKASCHKEK2004K2006K2008TSCTSF-7070TSF-7099TSF-5080COSMOFERRITESCF101CF196CF129CF138SAMWHAPL-5SM-19BPL-7PL-9NICERA2MBM18/BM25 BM27NC-2H2HM55MISKRA25G15G45G35G75G55G 、各大公

20、司功率铁氧体材料牌号对照表.2 2、高导铁氧体、高导铁氧体主要用于局域网隔离变压器、差模滤波器主要用于局域网隔离变压器、差模滤波器 宽带变压器、低功率驱动变压器等。宽带变压器、低功率驱动变压器等。发展方向：高发展方向：高ii、宽频、宽温、低、宽频、宽温、低THDTHD高导铁氧体的几个主要指标高导铁氧体的几个主要指标 A A、 起始磁导率及电感系数起始磁导率及电感系数 B B、 i Ti T特性，温度系数特性，温度系数 C C、 i i f f特性特性 D、 比损耗特性比损耗特性 E、 THD特性特性 .A A、起始磁导率、起始磁导率 电感系数电感系数 意义：意义： 起始磁导率是反映材料导磁性的

21、一个指标、指在小磁场低频下材料起始磁导率是反映材料导磁性的一个指标、指在小磁场低频下材料的磁导率。的磁导率。 电感系数为磁性器件绕一匝时的电感量用符号电感系数为磁性器件绕一匝时的电感量用符号ALAL表示，若电感器绕表示，若电感器绕线圈匝数为线圈匝数为N N 电感器的电感电感器的电感L=NL=N2 2ALAL 起始磁导率、电感系数与使用的关系起始磁导率、电感系数与使用的关系： 起始磁导率越高电感系数就越高，客户做成的器件的电感量就越高起始磁导率越高电感系数就越高，客户做成的器件的电感量就越高 影响起始磁导率、电感系数的因素：影响起始磁导率、电感系数的因素： 起始磁导率与材料的配方和工艺有关起始磁

22、导率与材料的配方和工艺有关 电感系数受影响的因素为：电感系数受影响的因素为： 起始磁导率越高电感系数就越高起始磁导率越高电感系数就越高 磁心磁心Ae/LeAe/Le越大，即磁心形状粗短、电越大，即磁心形状粗短、电 感系数越高感系数越高 开气隙越深、电感系数越小开气隙越深、电感系数越小.B B、i Ti T特性特性意义：意义： 材料的磁导率随温度的变化特性为材料的磁导率随温度的变化特性为i Ti T特性，特性， i i 在很在很 宽的温度范围内变化小即为宽温材料宽的温度范围内变化小即为宽温材料i Ti T特性与使用关系：特性与使用关系： i Ti T特性越好，磁心在很宽的温度范围内电感量变化小，

23、特性越好，磁心在很宽的温度范围内电感量变化小，就可在很宽的温度范围内使用。就可在很宽的温度范围内使用。影响影响i Ti T特性的因素：特性的因素： 材料的配方材料的配方 制粉工艺制粉工艺 烧结工艺烧结工艺.i Ti T特性关系图（特性关系图（R7KR7K）.C C、 i fi f特性特性 意义意义： 材料的磁导率随使用频率的变化关系即为材料的磁导率随使用频率的变化关系即为i fi f特性特性, ,当当i i 降低降低 时时的频率为截止频率的频率为截止频率 i fi f特性与使用的关系特性与使用的关系： 截止频率以上材料的截止频率以上材料的ii值急剧下降，使材料的电感值急剧下降，会造值急剧下降，

24、使材料的电感值急剧下降，会造成产品失效不能使用。所谓宽频即为截止频率高。成产品失效不能使用。所谓宽频即为截止频率高。 影响影响i fi f特性的因素特性的因素： 材料的制造工艺材料的制造工艺 材料的晶粒尺寸越小截止频率越高材料的晶粒尺寸越小截止频率越高 材料的磁导率越低截止频率越高材料的磁导率越低截止频率越高 产品的尺寸与形状产品的尺寸与形状21.i fi f特性曲线图（特性曲线图（R7KR7K） .D D、 损耗角正切特性损耗角正切特性 损耗角正切意义损耗角正切意义： 表示在交变磁化过程中能量的损耗与储存之比表示在交变磁化过程中能量的损耗与储存之比 损耗角正切与使用的关系损耗角正切与使用的关

25、系： 损耗角正切越大、损耗越大，器件的品质越差损耗角正切越大、损耗越大，器件的品质越差 影响损耗角正切的因素：影响损耗角正切的因素： 材料的生产工艺材料的生产工艺 产品开气隙后产品开气隙后tan会变小，但会变小，但 不变不变i/tan.E E、THDTHD（Total Harmonic Distortion)Total Harmonic Distortion)总谐波失真总谐波失真 意义：意义： 磁性器件中输入正弦波、输出波形发生了畸变失真，描述失真程磁性器件中输入正弦波、输出波形发生了畸变失真，描述失真程序的参数序的参数 THDTHD与使用关系：与使用关系： THDTHD越差、信号失真越大、信

26、号的误差越大、信息受损失传输距越差、信号失真越大、信号的误差越大、信息受损失传输距离变近离变近 影响影响THDTHD的因素的因素： 材料本身的磁滞系数材料本身的磁滞系数 磁心研磨面的平整度磁心研磨面的平整度 磁心的形状设计磁心的形状设计.3 3、我公司高导铁氧体材料的特性、我公司高导铁氧体材料的特性 命名方法命名方法 R 10KR 10K 磁导率大小磁导率大小 软磁软磁材料名称i tan/i(10-6)r（10-6）（2060）居里温度（）R4K430025%100.52150R5K500025%150.52140R7K700025%300.52125R10K1000030%70.52120R

27、12K1200030%70.52110R15K1500030%70.52110.4、世界各大公司高导铁氧体材料对照表i值公司名称4000600010000120001500020000DMEGC(东磁公司)R4KR6KR10KR12KR15KR20KISKRA FERITI19G22G12G32G52GPHILIPS3S1 3E4 3C113E27 3E253E53E63E73E9TOKIN4000H6000H12000H15000H18000HVOGTF1340F1360F1410LCC THOMSONA6 T6A4A5 T4A3 A2KASHKEK4000K5000K8000 K10000

28、HITACHI/NIPPONGP7GP5 GQ5CGP11GP12GP15TOMITA2E32E72E2NEOSID MMGF9N F9F10 FT6F39 FTAFDK FUJI2H042H062H10 2H15B2H15TRIDELTAMf193Mf197Mf199COSMOFERRITESCF195CF195CF197TSCTSF-5000TSF-010KTSF-012K TSF-015KPRAMETH40H60CERAMIC MAGNETICSMN30MN60MC25MAGNETICST,JJWSIEMENSN30T37 T35T44 T38T42T46T56TDKH5AHS52 HS5BH5C2H5C4H5C3H5C5 i=30000ACMA05A07A10NICERANC-4YNC-5Y NC-710TB WT10 NC-10H12H15H