软磁材料性能.ppt

单击,acd,ac,单击此处编辑母版文本样式,ABC,第二级,第三级,*,公司内部培训教材,2005,年,5,月,培 养 超 一 流 工 作 精 英 打 造 世 界 级 卓 越 企 业,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,Hc10A/cm,永磁,Hc100A/cm,金属磁性材料,纯,Fe Si-Fe,Fe-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,i,5,20K,5,300K,5,450,3,150K,100K,Tc(),100,500,500,500750,210,485,570,Bs(T),0.3,0.5,0.8,2.4,1,1.2,0.55,1,1.3,Hc(e),0.05,0.5,0.003,3,0.003,3,tg/i,(,10,-6,),10K,5,8,25,100K,10,80,30,1M,25,4000,100,（,cm,）,10,10,8,10,-5,1010,4,1.4,10,-4,1.3,10,-4,三、软磁铁氧体材料的优缺点,1,、优点,：,高电阻率,10,10,8,cm,而金属磁只有,10,-5,左右,tanef,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。,工作频率宽。,磁,芯,易获得相应形状和功能。,成本低。,2,、缺点,：,低,Bs,，单位体积储能少。,导热差,抗拉强度小、脆、难加工，但金属易加工而需轧片或细粉。,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、,i,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,P,C,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,i,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。,发展过程,70,年代第一代 中国,2KD TDK H35 PHILIPS 3C85,适于,20KHZ,80,年代初第二代,(DMR30)2KBD TDK PC30 EPCOS N27,适于,100K,以下,80,年代后期第三代,(DMR40)2KB1 TDK PC40 PHILIPS 3C90,适于,250K,以下,90,年代中第四代,DMR50 TDK PC50 PHILIPS 3F4,适于,500K,以上,发展方向,向超低功耗方向发展，已系列化，如,TDK PC40 44 45 46 47 Pc95,继续向高频化方向发展，可用,1M,的,PC50,可用,4M,的,PHILIPS 3F5,向低功耗、高,Bs,、高,Tc,综合性能方向发展：如,TDKPc90,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：,P,th,=c f Bmax Ae Wd,P,th,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,P,th,f Bmax Ae,上式说明：,a,工作频率,f,越大，,P,th,越大,b,饱和磁通密度越高，,P,th,越大,c Ae越大（磁芯体积越大），,P,th,越大,d,在,P,th,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,P,th,的提高，故引入参数,Pc,P,c,=K f,m,B,n,=fBdH,Cef,2,B,2,/,Pr,f=10-100k m=1.3,典型值,n=2.5,f,100K m,继续增,降低磁芯损耗：减,Hc,增,，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,P,L,防发热,高的,Tc,防过热矢效,对磁导率,i,要求不太高,功率铁氧体材料主要性能指标简述,A,：功耗（,power loss),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,）,功耗与温度磁通密度关系图（,DMR24,）,功耗与温度关系图（,DMR24,）,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,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,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,、我公司功率铁氧体材料,命名方法,DMR 40,东磁 软磁 号码 东磁材料,TDK,材料,工作频率,普通频率,100KHZ,普通,DMR30,Pc30,高,Bs,DMR30D DMR22,Hv22,100K250KHZ,普通,DMR40,Pc40,低功耗,普通,工作点,100,DMR44,Pc44,工作点,45,DMR46,Pc46,宽温,DMR95,Pc95,高,Bs,高,Tc,DMR90,Pc90,中高频,250K500KHZ,DMR55,DMR56,高频,500K1MKHZ,普通,DMR50,Pc50,高,Bs,DMR50B,TDK,公司牌号,PC30,HV22,PC40,PC44,PC50,DMEGC(,东磁公司,),DMR30,DMR30D,DMR40,DMR44,DMR50,DMR55,FDK,6H10,5H20,6H20,6H40,7H10/7H20,TOKIN,3100B,2500B,BH2,BH1,B40,BH5,SIEMENS(EPCOS),N41,N92,N67,N97,N49,PHILIPS,3B8,3C92/3C93,3C91/3C94,3C96,3F35,3F3,HITACHI/NIPPON,SB-5S,SB-3L,SB-7C,SB-9C,SBIM,TOMITA,2E6,2E6C,2E7,2E8,NEOSID MMG,F5A/F5C,F5,F44,F45,F47,LCC THOMSON,B1,B5 B6 B3,B2 B4 F1,F2,TRIDELTA,Mf196B,Mf196A/Mf196,Mf198,Mf198A,KASCHKE,K2004,K2006,K2008,TSC,TSF-7070,TSF-7099,TSF-5080,COSMOFERRITES,CF101,CF196,CF129,CF138,SAMWHA,PL-5,SM-19B,PL-7,PL-9,NICERA,2M,BM18/BM25 BM27,NC-2H,2HM5,5M,ISKRA,25G,15G,45G,35G,75G,55G,、各大公司功率铁氧体材料牌号对照表,2,、高导铁氧体,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。,发展方向：高,i,、宽频、宽温、低,THD,高导铁氧体的几个主要指标,A,、,起始磁导率及电感系数,B,、,i,T,特性，温度系数,C,、,i,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=N,2,AL,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,、,i,T,特性,意义：,材料的磁导率随温度的变化特性为,i,T,特性，,i,在很 宽的温度范围内变化小即为宽温材料,i,T,特性与使用关系：,i,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,i,T,特性的因素：,材料的配方,制粉工艺,烧结工艺,i,T,特性关系图（,R7K,）,C,、,i,f,特性,意义,：,材料的磁导率随使用频率的变化关系即为,i,f,特性,当,i,降低 时的频率为截止频率,i,f,特性与使用的关系,：,截止频率以上材料的,i,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,i,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,i,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,tan,会变小，但 不变,E,、,THD,（,Total Harmonic Distortion),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,R 10K,磁导率大小,软磁,材料,名称,i,tan/,i,(10,-6,),r,（,10,-6,）,（,2060,）,居里温度（,）,R4K,4300,25%,10,0.52,150,R5K,5000,25%,15,0.52,140,R7K,7000,25%,30,0.52,125,R10K,10000,30%,7,0.52,120,R12K,12000,30%,7,0.52,110,R15K,15000,30%,7,0.52,110,4,、世界各大公司高导铁氧体材料对照表,i,值,公司名称,4000,6000,10000,12000,15000,20000,DMEGC(,东磁公司,),R4K,R6K,R10K,R12K,R15K,R20K,ISKRA FERITI,19G,22G,12G,32G,52G,PHILIPS,3S1 3E4 3C11,3E27 3E25,3E5,3E6,3E7,3E9,TOKIN,4000H,6000H,12000H,15000H,18000H,VOGT,F1340,F1360,F1410,LCC THOMSON,A6 T6,A4A5 T4,A3 A2,KASHKE,K4000,K5000,K8000 K10000,HITACHI/NIPPONGP7,GP5 GQ5C,GP11,GP12,GP15,TOMITA,2E3,2E7,2E2,NEOSID MMG,F9N F9,F10 FT6,F39 FTA,FDK FUJI,2H04,2H06,2H10 2H15B,2H15,TRIDELTA,Mf193,Mf197,Mf199,COSMOFERRITES,CF195,CF195,CF197,TSC,TSF-5000,TSF-010K,TSF-012K TSF-015K,PRAMET,H40,H60,CERAMIC MAGNETICS,MN30,MN60,MC25,MAGNETICS,T,J,J,W,SIEMENS,N30,T37 T35,T44 T38,T42,T46,T56,TDK,H5A,HS52 HS5B,H5C2,H5C4,H5C3,H5C5,i=30000,ACM,A05,A07,A10,NICERA,NC-4Y,NC-5Y NC-7,10TB WT10 NC-10H,12H,15H,