软磁材料性能-PPT.pptx

软磁材料性能一、常用磁性材料得分类一、常用磁性材料得分类分类软磁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 3150K150K100K 100K Tc()Tc()100100500500 500500500750500750210210485 485 570570Bs(T)Bs(T)0 0、3 30 0、5 5 0 0、8 82 2、4 41 11 1、2 2 0 0、55551 11 1、3 3Hc(e)Hc(e)0 0、05050 0、5 5 0 0、0030033 3 0 0、0030033 3tg/itg/i(10(10-6-6)10K10K5 58 82525100K100K1010808030301M1M252540004000100100(cm)(cm)101010108 8 1010-5-5 101010104 4 1 1、410410-4 4 1 1、310310-4 4 三、软磁铁氧体材料得优缺点三、软磁铁氧体材料得优缺点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。高高频频磁磁导率比金属磁性材料高率比金属磁性材料高,损损耗低。耗低。工作工作频率率宽。磁磁芯芯易易获得相得相应形状与功能形状与功能 。成本低。成本低。2 2、缺点、缺点:低低Bs,Bs,单位体积储能少。单位体积储能少。导热差导热差抗拉抗拉强强度小、脆、度小、脆、难加工加工,但金属易加工而需但金属易加工而需轧片或片或细粉。粉。未加工部位得尺寸有未加工部位得尺寸有2%2%公公差。差。以上以上优缺点决定了金属磁性材料用于缺点决定了金属磁性材料用于较高磁通密度高磁通密度得低得低频直流直流,强强电大功率大功率场所所,如如电力工力工业、输电变压器器,电机机等等;铁氧体主要用于高氧体主要用于高频、脉冲弱磁、脉冲弱磁场下。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-Zn Mn-Zn材料又分为材料又分为: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、R12KR12K 各铁氧体得特点比较各铁氧体得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:功率铁氧体功率铁氧体:传输较大功率与储能场合传输较大功率与储能场合,工作在瑞利区以外工作在瑞利区以外,要求要求P PC C低低BsBs高、高、TcTc高高 高导铁氧体高导铁氧体:为电子线路提供阻抗匹配耦合等为电子线路提供阻抗匹配耦合等,工作在弱场下工作在弱场下(瑞利区瑞利区之内之内),),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、电视机显示器得回扫变压器等。主要用于高频小型化开关电源、电视机显示器得回扫变压器等。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 PHILIPS 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500K500K以上以上发展方向发展方向 向超低功耗方向发展向超低功耗方向发展,已系列化已系列化,如如TDK PC40 44 45 46 47 Pc95TDK PC40 44 45 46 47 Pc95 继续向高频化方向发展继续向高频化方向发展,可用可用1M1M得得PC50 PC50 可用可用4M4M得得PHILIPS 3F5PHILIPS 3F5 向低功耗、高向低功耗、高BsBs、高、高TcTc综合性能方向发展综合性能方向发展:如如TDKPc90TDKPc90开关电源变压器对功率铁氧体材料得要求开关电源变压器对功率铁氧体材料得要求变压器可传输功率为变压器可传输功率为:P Pth th=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,Bmax Bmax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 饱与磁通密度越高饱与磁通密度越高,P,Pthth 越大越大c Aec Ae越大越大(磁芯体积越大磁芯体积越大),P),Pthth 越大越大 d d 在在P Pthth 一定情况下减少电源体积一定情况下减少电源体积(减少减少Ae)Ae)必须增大必须增大f f或或BmaxBmax即即fBfB为表征材料得性能因子为表征材料得性能因子但但B B就是由材料成份决定不可无限提高就是由材料成份决定不可无限提高(Mn-Zn(Mn-Zn 约约0 0、5T),5T),而而f f提高后会引提高后会引磁芯起发热磁芯起发热,制约着制约着P Pthth 得提高得提高,故引入参数故引入参数PcPc P Pc c =K f =K fm m B Bn n =fBdH=fBdHCefCef2 2B B2 2/PrPrf=10-100k m=1f=10-100k m=1、3 3 典型值典型值n=2n=2、5 5f f100K m100K m继续增继续增降低磁芯损耗降低磁芯损耗:减减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当磁芯发热时磁芯能否正常工作,又引入一个物理量又引入一个物理量居里温度。功居里温度。功率铁氧体要求高得率铁氧体要求高得Tc,Tc,综上所述综上所述,对功率材料得要求为对功率材料得要求为:大得大得BsBs防饱与防饱与 f f增大时有小得增大时有小得P PL L防发热防发热高得高得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得转变为热能得部分能量。磁心从交变电磁场中吸收得转变为热能得部分能量。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功耗越大变压器转换率越低,变压器发热越变压器发热越严重。严重。影响功耗得因素影响功耗得因素:a a、频率、频率:频率越高功耗越高频率越高功耗越高 b b、磁通密度、磁通密度:磁通密度越大功耗越高磁通密度越大功耗越高 c c、温度、温度:功率铁氧体在某一温度具有最低得功耗功率铁氧体在某一温度具有最低得功耗 这一点一般定为变压器得工作温度点这一点一般定为变压器得工作温度点 大家学习辛苦了,还就是要坚持继续保持安静继续保持安静 功耗与频率关系图功耗与频率关系图:(DMR24):(DMR24)功耗与温度磁通密度关系图功耗与温度磁通密度关系图(DMR24)(DMR24)功耗与温度关系图功耗与温度关系图(DMR24)(DMR24)B:B:饱与磁通密度饱与磁通密度(Bs)(Bs)意义意义:磁通密度达到得最高值。磁通密度达到得最高值。饱与磁通密度与使用得关系饱与磁通密度与使用得关系:磁心饱与磁通密度越高、变压器可传输功率越大磁心饱与磁通密度越高、变压器可传输功率越大 影响饱与磁通密度得因素影响饱与磁通密度得因素:磁心密度磁心密度:密度越大、饱与磁通密度越大密度越大、饱与磁通密度越大 温度温度:温度越高、饱与磁通密度越低温度越高、饱与磁通密度越低 配方配方 C:C:居里温度居里温度 意义意义:磁心从铁磁状态转变为顺磁状态温度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即从磁性材料转变为 非磁性材料得温度非磁性材料得温度 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 影响居里温度得因素影响居里温度得因素:材料得配方、生产工艺材料得配方、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 饱与磁通密度与温度得关系曲线饱与磁通密度与温度得关系曲线 D:D:直流叠加特性直流叠加特性 意义意义:不不作为材料特性介绍作为材料特性介绍,本指标就是磁心得特性。本指标就是磁心得特性。很多电感器在直流偏置场下工作很多电感器在直流偏置场下工作,要求加直流得情况下磁心仍有很高要求加直流得情况下磁心仍有很高得电感。得电感。通常要求电感系数下降率通常要求电感系数下降率:AL(AL(在加直流下在加直流下)100%)100%AL(AL(在不加直流下在不加直流下)直流叠加与使用得关系直流叠加与使用得关系: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 影响直流叠加特性得因素影响直流叠加特性得因素:材料材料Bs Bs 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BsDMR30DDMR22Hv22100K250KHZ普通DMR40Pc40低功耗普通工作点100DMR44Pc44工作点45DMR46Pc46宽温DMR95Pc95高Bs高TcDMR90Pc90中高频250K500KHZDMR55DMR56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-5SSB-3LSB-7CSB-9CSBIMTOMITA2E62E6C2E72E8NEOSID MMGF5A/F5CF5F44F45F47LCC THOMSONB1B5 B6 B3B2 B4 F1F2TRIDELTAMf196BMf196A/Mf196Mf198Mf198AKASCHKEK2004K2006K2008TSCTSF-7070TSF-7099TSF-5080COSMOFERRITESCF101CF196CF129CF138SAMWHAPL-5SM-19BPL-7PL-9NICERA2MBM18/BM25 BM27NC-2H2HM55MISKRA25G15G45G35G75G55G 、各大公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。发展方向发展方向:高高ii、宽频、宽温、低、宽频、宽温、低THDTHD高导铁氧体得几个主要指标高导铁氧体得几个主要指标 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 T i T特性特性,温度系数温度系数 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:起起始始磁磁导导率率就就是是反反映映材材料料导导磁磁性性得得一一个个指指标标、指指在在小小磁磁场场低低频频下下材材料得磁导率。料得磁导率。电电感感系系数数为为磁磁性性器器件件绕绕一一匝匝时时得得电电感感量量用用符符号号ALAL表表示示,若若电电感感器器绕绕线圈匝数为线圈匝数为N N 电感器得电感电感器得电感L=NL=N2 2ALAL 起始磁导率、电感系数与使用得关系起始磁导率、电感系数与使用得关系: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,客户做成得器件得电感量就越高客户做成得器件得电感量就越高 影响起始磁导率、电感系数得因素影响起始磁导率、电感系数得因素:起始磁导率与材料得配方与工艺有关起始磁导率与材料得配方与工艺有关 电感系数受影响得因素为电感系数受影响得因素为: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越大越大,即磁心形状粗短、电即磁心形状粗短、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:材料得磁导率随温度得变化特性为材料得磁导率随温度得变化特性为i Ti T特性特性,i,i 在很在很 宽得温度范围内变化小即为宽温材料宽得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特性越好特性越好,磁心在很宽得温度范围内电感量变化小磁心在很宽得温度范围内电感量变化小,就就可在很宽得温度范围内使用。可在很宽得温度范围内使用。影响影响i Ti T特性得因素特性得因素:材料得配方材料得配方 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(R7K)(R7K)C C、i fi f特性特性 意义意义:材料得磁导率随使用频率得变化关系即为材料得磁导率随使用频率得变化关系即为i fi f特性特性,当当i i 降低降低 时时得频率为截止频率得频率为截止频率 i fi f特性与使用得关系特性与使用得关系:截止频率以上材料得截止频率以上材料得ii值急剧下降值急剧下降,使材料得电感值急剧下降使材料得电感值急剧下降,会造成会造成产品失效不能使用。所谓宽频即为截止频率高。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特性得因素特性得因素:材料得制造工艺材料得制造工艺 材料得晶粒尺寸越小截止频率越高材料得晶粒尺寸越小截止频率越高 材料得磁导率越低截止频率越高材料得磁导率越低截止频率越高 产品得尺寸与形状产品得尺寸与形状i fi f特性曲线图特性曲线图(R7K)(R7K)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得损耗与储存之比表示在交变磁化过程中能量得损耗与储存之比 损耗角正切与使用得关系损耗角正切与使用得关系:损耗角正切越大、损耗越大损耗角正切越大、损耗越大,器件得品质越差器件得品质越差 影响损耗角正切得因素影响损耗角正切得因素:材料得生产工艺材料得生产工艺 产品开气隙后产品开气隙后tan会变小会变小,但但 不变不变E E、THD(Total Harmonic Distortion)THD(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,描述失真程描述失真程序得参数序得参数 THDTHD与使用关系与使用关系:THDTHD越差、信号失真越大、信号得误差越大、信息受损失传输距越差、信号失真越大、信号得误差越大、信息受损失传输距离变近离变近 影响影响THDTHD得因素得因素:材料本身得磁滞系数材料本身得磁滞系数 磁心研磨面得平整度磁心研磨面得平整度 磁心得形状设计磁心得形状设计3 3、我公司高导铁氧体材料得特性、我公司高导铁氧体材料得特性 命名方法命名方法 R 10K R 10K 磁导率大小磁导率大小 软磁软磁材料名称itan/i(10-6)r（10-6）（2060）居里温度（）R4K430025%100.52150R5K500025%150.52140R7K700025%300.52125R10K1000030%70.52120R12K1200030%70.52110R15K1500030%70.52110