软磁材料性能

铁氧体软磁材料的性能和应用一、常用磁性材料的分类分类软磁Hc≤10A/cm永磁Hc≥100A/cm金属磁性材料纯FeSi-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材料性能铁氧体合金金属粉芯非晶纳米晶μi5～20K5～300K5～4503～150K＞100KTc(℃)100～500500500~750210～485570Bs(T)0.3～0.50.8～2.41～1.20.55～11.3Hc(θe)0.05～0.50.003～30.003～3tgδ/μi(×10-6)10K5825100K1080301M254000100ρ（Ω·cm）10～10810-510~1041.4×10-41.3×10-4三、软磁铁氧体材料的优缺点1、优点：①高电阻率10～108Ω·cm,而金属磁只有10-5左右tanδe∝f,高频下铁氧体有优势。②高频磁导率比金属磁性材料高，损耗低。③工作频率宽。④磁芯易获得相应形状和功能。⑤成本低。2、缺点：①低Bs，单位体积储能少。②导热差③抗拉强度小、脆、难加工，但金属易加工而需轧片或细粉。④未加工部位的尺寸有2%公差。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Mg-Zn材料、Ni-Zn材料Mn-Zn材料Mn-Zn材料又分为：功率铁氧体：DMR30、DMR40、DMR44、DMR50、DMR90；高导铁氧体：R4K、R5K、R7K、R10K、R12K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、μi高一般＜1MHZ低需气氛窑烧结五、Mn-Zn铁氧体材料Mn-Zn铁氧体按使用场合分两类：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PC低Bs高、Tc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(瑞利区之内)，要求μi高1、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。①发展过程70年代第一代中国2KDTDKH35PHILIPS3C85适于20KHZ80年代初第二代(DMR30)2KBDTDKPC30EPCOSN27适于100K以下80年代后期第三代(DMR40)2KB1TDKPC40PHILIPS3C90适于250K以下90年代中第四代DMR50TDKPC50PHILIPS3F4适于500K以上②发展方向向超低功耗方向发展，已系列化，如TDKPC4044454647Pc95继续向高频化方向发展，可用1M的PC50可用4M的PHILIPS3F5向低功耗、高Bs、高Tc综合性能方向发展：如TDKPc90③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：Pth=cfBmaxAeWdPth——传输功率C——与开关电源电路工作型式有关系数，Bmax——最大允许磁通Ae——磁路有效截面积Wd——绕组设计参数即Pth∝fBmaxAe上式说明：a工作频率f越大，Pth越大b饱和磁通密度越高，Pth越大cAe越大（磁芯体积越大），Pth越大d在Pth一定情况下减少电源体积（减少Ae）必须增大f或Bmax即f×B为表征材料的性能因子但B是由材料成份决定不可无限提高（Mn-Zn约0.5T），而f提高后会引磁芯起发热，制约着Pth的提高，故引入参数PcPc=KfmBn=f∮BdH＋Cef2B2/ρ＋Prf=10-100km=1.3典型值n=2.5f＞100Km继续增降低磁芯损耗：减Hc增ρ，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——居里温度。功率铁氧体要求高的Tc，综上所述，对功率材料的要求为：大的Bs防饱和f增大时有小的PL防发热高的Tc防过热矢效对磁导率μi要求不太高④功率铁氧体材料主要性能指标简述A：功耗（powerloss)意义：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：功耗越大变压器转换率越低，变压器发热越严重。影响功耗的因素：a、频率：频率越高功耗越高b、磁通密度：磁通密度越大功耗越高c、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功耗与频率关系图：(DMR24）10110210310-1100101102103104100℃25℃200mT100mT50mT25mTPcv(mw/cm3)Frequency(KHz)功耗与温度磁通密度关系图（DMR24）020406080100120140100101102103100KHz200mT100mT50mT25mTPcv(mw/cm3)Temperature(℃）功耗与温度关系图（DMR24）0204060801001200100200300400500f=500KHz/B=50mTPowerLossPv(mw/cm3)Temperature(℃）B：饱和磁通密度（Bs）意义：磁通密度达到的最高值。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、饱和磁通密度越大温度：温度越高、饱和磁通密度越低配方C：居里温度意义：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非磁性材料的温度居里温度与使用关系：居里温度要远远高于使用温度影响居里温度的因素：材料的配方、生产工艺μ值达到居里温度后变为1，与不导磁物质同饱和磁通密度与温度的关系曲线020406080100120400440480520560FluxDensityB(mT)Temperature（℃）D：直流叠加特性意义：不作为材料特性介绍，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的电感。通常要求电感系数下降率：AL（在加直流下）×100%AL（在不加直流下）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影响直流叠加特性的因素：材料Bs直流叠加特性越好材料Br直流叠加特性越好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截面积越大直流叠加越好⑤、我公司功率铁氧体材料命名方法DMR40东磁软磁号码东磁材料TDK材料工作频率普通频率＜100KHZ普通DMR30Pc30高BsDMR30DDMR22Hv22100K~250KHZ普通DMR40Pc40低功耗普通工作点100℃DMR44Pc44工作点45℃DMR46Pc46宽温DMR95Pc95高Bs高TcDMR90Pc90中高频250K~500KHZDMR55DMR56高频500K~1MKHZ普通DMR50Pc50高BsDMR50BTDK公司牌号PC30HV22PC40PC44PC50DMEGC(东磁公司)DMR30DMR30DDMR40DMR44DMR50DMR55FDK6H105H206H206H407H10/7H20TOKIN3100B2500BBH2BH1B40BH5SIEMENS(EPCOS)N41N92N67N97N49PHILIPS3B83C92/3C933C91/3C943C963F353F3HITACHI/NIPPONSB-5SSB-3LSB-7CSB-9CSBIMTOMITA2E62E6C2E72E8NEOSIDMMGF5A/F5CF5F44F45F47LCCTHOMSONB1B5B6B3B2B4F1F2TRIDELTAMf196BMf196A/Mf196Mf198Mf198AKASCHKEK2004K2006K2008TSCTSF-7070TSF-7099TSF-5080COSMOFERRITESCF101CF196CF129CF138SAMWHAPL-5SM-19BPL-7PL-9NICERA2MBM18/BM25BM27NC-2H2HM55MISKRA25G15G45G35G75G55G⑥、各大公司功率铁氧体材料牌号对照表2、高导铁氧体①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。②发展方向：高μi、宽频、宽温、低THD③高导铁氧体的几个主要指标A、起始磁导率及电感系数B、μi—T特性，温度系数C、μi—f特性D、比损耗特性E、THD特性A、起始磁导率电感系数意义：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。电感系数为磁性器件绕一匝时的电感量用符号AL表示，若电感器绕线圈匝数为N电感器的电感L=N2AL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磁心Ae/Le越大，即磁心形状粗短、电感系数越高开气隙越深、电感系数越小B、μi–T特性意义：材料的磁导率随温度的变化特性为μi–T特性，μi在很宽的温度范围内变化小即为宽温材料μi–T特性与使用关系：μi–T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。影响μi–T特性的因素：材料的配方制粉工艺烧结工艺μi–T特性关系图（R7K）C、μi–f特性意义：材料的磁导率随使用频率的变化关系即为μi–f特性,当μi降低时的频率为截止频率μi–f特性与使用的关系：截止频率以上材料的μi值急剧下降，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。影响μi–f特性的因素：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磁导率越低截止频率越高产品的尺寸与形状21μi–f特性曲线图（R7K）D、损耗角正切特性损耗角正切意义：表示在交变磁化过程中能量的损耗与储存之比损耗角正切与使用的关系：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：材料的生产工艺产品开气隙后tanδ会变小，但不变i/tanE、THD（TotalHarmonicDistortion)总谐波失真意义：磁性器件中输入正弦波、输出波形发生了畸变失真，描述失真程序的参数THD与使用关系：THD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影响THD的因素：材料本身的磁滞系数磁心研磨面的平整度磁心的形状设计3、我公司高导铁氧体材料的特性命名方法R10K磁导率大小软磁材料名称μitanδ/μi(×10-6)αμr（×10-6℃）（20—60℃）居里温度（℃）R4K4300±25%＜10—0.5—2＞150R5K5000±25%＜15—0.5—2＞140R7K7000±25%＜30—0.5—2＞125R10K10000±30%＜7—0.5—2＞120R12K12000±30%＜7—0.5—2＞110R15K15000±30%＜7—0.5—2＞1104、世界各大公司高导铁氧体材料对照表μi值公司名称4000600010000120001500020000DMEGC(东磁公司)R4KR6KR10KR12KR15KR20KISKRAFERITI19G22G12G32G52GPHILIPS3S13E43C113E273E253E53E63E73E9TOKIN4000H6000H12000H15000H18000HVOGTF1340F1360F1410LCCTHOMSONA6T6A4A5T4A3A2KASHKEK4000K5000K8000K10000HITACHI/NIPPONGP7GP5GQ5CGP11GP12GP15TOMITA2E32E72E2NEOSIDMMGF9NF9F10FT6F39FTAFDKFUJI2H042H062H102H15B2H15TRIDELTAMf193Mf197Mf199COSMOFERRITESCF195CF195CF197TSCTSF-5000TSF-01