磁性材料基本參數(shù)詳解

1、磁性材料基本參數(shù)詳解磁性是物質(zhì)的基本屬性之一，磁性現(xiàn)象與各種形式的電荷的運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)，物質(zhì)內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)和自旋會(huì)產(chǎn)生一定大小的磁矩，因而產(chǎn)生磁性。自然界物質(zhì)按其磁性的不同可分為：順磁性物質(zhì)、抗磁性物質(zhì)、鐵磁性物、反鐵磁性物質(zhì)以及亞鐵磁性物質(zhì)， 其中鐵磁性物質(zhì)和亞鐵磁性物質(zhì)屬于強(qiáng)磁性物質(zhì)，通常將這兩類物質(zhì)統(tǒng)稱為"磁性材料”。鐵氧體顆粒料：是已經(jīng)過配料、混合、預(yù)燒、粉碎和造粒等工序，可以直接用于成形加 工的鐵氧體料粒。顧客使用該料可直接壓制成毛坯，經(jīng)燒結(jié)、磨削后即可制成所需磁芯。本公司生產(chǎn)并銷售高品質(zhì)的鐵氧體顆粒料，品種包括功率鐵氧體JK系列和高磁導(dǎo)率鐵氧體JL系列。錳鋅鐵氧體:主要分為高

2、穩(wěn)定性、高功率、高導(dǎo)鐵氧體材料。它是以氧化鐵、氧化鋅為 主要成分的復(fù)合氧化物。其工作頻率在1kHz至10MHz之間。主要用著開關(guān)電源的主變壓器用磁芯。隨著射頻通訊的迅猛發(fā)展，高電阻率、高居里溫度、低溫度系數(shù)、低損耗、高頻特性好（高 電阻率p低損耗角正切tg金的鎳鋅鐵氧體得到重用，我司生產(chǎn)的Ni-Zn系列磁芯，其初始磁導(dǎo)率可由 10至U 2500，使用頻率由1KHz至U 100MHz。但主要應(yīng)用于 1MHz以 上的頻段、磁導(dǎo)率范圍在7-1300之間的EMC領(lǐng)域、諧振電路以及超高頻功率電路中。磁粉芯：磁環(huán)按材料分為五大類：即鐵粉芯、鐵鎳鉬、鐵鎳50、鐵硅鋁、羰基鐵。使用頻率可達(dá)100KHZ，甚至更

3、高。但最適合于10KHZ以下使用。磁場(chǎng)強(qiáng)度H :磁場(chǎng)“是傳遞運(yùn)動(dòng)電荷或者電流之間相互作用的物理物”。它可以由運(yùn)動(dòng)電荷或者電流產(chǎn)生，同時(shí)場(chǎng)中其它運(yùn)動(dòng)或者電流發(fā)生力的作用。均勻磁場(chǎng)中，作用在單位長(zhǎng)磁路的磁勢(shì)叫磁場(chǎng)強(qiáng)度，用H表示；使一個(gè)物體產(chǎn)生磁力線的原動(dòng)力叫磁勢(shì)，用F表示：H=NI/L, F = N IH單位為安培/米（A/m ），即：奧斯特Oe ; N為匝數(shù)；I為電流，單位安培（A ）, 磁路長(zhǎng)度L單位為米（m ）。在磁芯中，加正弦波電流，可用有效磁路長(zhǎng)度Le來計(jì)算磁場(chǎng)強(qiáng)度：詔學(xué)1Lp1奧斯特=80安/米磁通密度，磁極化強(qiáng)度，磁化強(qiáng)度在磁性材料中，加強(qiáng)磁場(chǎng)H時(shí)，引起磁通密度變化，其表現(xiàn)為：B=

4、u o H+J= u o （H+M）B為磁通密度（磁感應(yīng)強(qiáng)度），J稱磁極化強(qiáng)度，M稱磁化強(qiáng)度，u o為真空磁導(dǎo)率,其值為4 nX 10亨利/米（H/m ）B、J單位為特斯拉，H、M單位為 A/m, 1特斯拉=10000高斯（Gs ）在磁芯中可用有效面積Ae來計(jì)算磁通密度：FNAe正弦波為：電壓?jiǎn)挝环兀╒ ）,頻率單位赫茲（ Hz ） ,N為匝數(shù)，B單位為特斯拉（T ）; Ae單位為：m2飽和磁通密度、剩余磁化強(qiáng)度、矯頑力B和H的關(guān)系除在真空中和在磁性材料中小磁化場(chǎng)下具有線性關(guān)系外，一般具有非性關(guān)系，如下圖磁滯回線性特性：磁滯回線：鐵磁體從正向至反向， 再至正向反復(fù)磁化至技術(shù)飽和一周，所得到的

5、B與H的閉合關(guān)系曲線稱為磁滯回線。Bs為飽和磁化強(qiáng)度，Br為剩余磁化強(qiáng)度，He為矯頑力，Hs為飽和磁化場(chǎng)，不同磁性材料，磁滯回線表現(xiàn)形式不一樣，Bs、 Br、 He、 Hs都不一樣。鐵芯的值與使用范圍鐵芯因不同的燒結(jié)溫度，不同和物質(zhì)配比例，可以燒結(jié)出各種不同的材料，一般來講，鎳 鋅鐵氧體鐵芯比錳鋅系的鐵氧體鐵芯的使用頻率范圍寬。卩值是衡量鐵芯性能的一個(gè)重要參數(shù)，M直越高，鐵芯使用頻率范圍就越小，如下表：值（Gs ）使用頻率（KHz ）10000200 以下2500500 以下10001000以下1255000 以下i（lriitial Permeability）:交流最初磁導(dǎo)率，鐵芯剛通過交流

6、電時(shí)的導(dǎo)磁系數(shù)。是磁性材料的磁化曲線始端磁導(dǎo)率的極限值。它與溫度、頻率有關(guān)，測(cè)量時(shí)在一定溫度、一定頻率、很低磁通密度（或很小磁場(chǎng)）、閉合磁路中進(jìn)行。在實(shí)際測(cè)量中規(guī)定磁化場(chǎng)H所產(chǎn)生的磁通密度應(yīng)小于 1mT, B為0.1mT.1 e：有效磁導(dǎo)率；在封閉的磁回路里，如果漏磁可以忽略，能產(chǎn)生自感的導(dǎo)磁系數(shù)。用它可以表征磁芯的性能。Bs（Saturation flux density） ：隨著 H 的增加，鐵芯 B 值達(dá)飽和時(shí)的磁通。Br（Remanence） ：（剩磁 / 殘留磁通）當(dāng)鐵芯一度飽和之后，即使讓磁場(chǎng)強(qiáng)度在回復(fù) 到零，鐵芯 中仍然有部分磁通殘留，稱之為殘磁。Hc （ Coercivity

7、）：矯頑磁力（或稱保磁力）；磁芯從飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，繼續(xù)反 向磁化，直至 B 減小到 0 ，即將殘留磁通矯正至零，所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度。Tc（Curie temperature） ：居里溫度（或臨界溫度）。對(duì)于所有的磁性材料來說，并不是 在任何溫度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一個(gè)臨界溫度 Tc ，因鐵芯的磁導(dǎo)系數(shù) 是隨溫度的上升而增加的，在此溫度以下，原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，物體變成鐵 磁性的。在這個(gè)溫度以上，由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)磁系數(shù)完全崩潰，原子磁矩的 排列混亂無序，磁狀態(tài)由鐵磁性改為順磁性。 如圖，（i-T曲線上80 %卩max-20 %卩max的 連線與卩=1的交叉

8、點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的溫度稱為居里溫度。損耗因子tg S m表示小信號(hào)下材料的損耗特性。 是損耗功率與無功功率的比值。 因磁芯損耗包括磁滯損耗、 渦流損耗、剩余損耗，所以損耗因子，可表示為：tg S m =tg S h +tg Sc +tg、均r,Sg、c tg S2h分別稱為磁滯、渦流、剩余損耗因子。比損耗因子tg S m/或tg S /稱比損耗因子，與材料幾何尺寸無關(guān)，表示小信號(hào)下材料的損耗特 性。氣隙的影響 當(dāng)磁路中有氣隙時(shí)，其損耗因子為帶氣隙損耗因子，（tg ） gap 它與無氣隙時(shí)損耗因子關(guān)系為：（tg ） gap/ （卩el ）= tg S /（卩1 ）因卩e 遠(yuǎn)大于 1，故上式可表示為：（

9、tg ）S gap/ e= tg S / i由于卩ev卩i,所以開氣隙后，損耗因子減小，Q值增加。磁芯開氣隙后，磁芯內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 將大大減小，由 Hi=He-Hd=He-NM 可以看出， 退磁因子 N 越大， Hi 越小。這里 He 是繞組通以電流后產(chǎn)生的磁場(chǎng)（ He=NI/Le ），對(duì) 閉路磁芯 N=0 ，氣隙越大， N 越小，反之亦然。開制氣隙可增加磁場(chǎng)和溫度的穩(wěn)定性。品質(zhì)因素 Q磁性器件作濾波電感時(shí)，通常用品質(zhì)因素（ Q ）來表示它的質(zhì)量。Q= 1/ tg S =3 L/R!示總電阻。包括線圈和磁芯的電阻。 Rt 表示有損耗，包括磁芯損耗、銅線損耗?？梢?Q 與頻率和繞組參數(shù)有關(guān)。在

10、大信號(hào)場(chǎng)下，磁芯損耗用下式表示：Pm= Ph+Pe+Pr, 其中 Ph 、 Pe 、 Pr ，分別表示 磁滯損耗、渦流損耗、剩余損耗 . 開關(guān)電源變壓器要求鐵氧體材料要具有：高Bs 、高振幅磁導(dǎo)率 ?Ae （Amplitudepermeability） 以提高其功率轉(zhuǎn)換效率并避免飽和；也要求材料的功率損耗Pm 盡量小以避免在高頻下發(fā)熱 ? 希望呈負(fù)溫度系數(shù)；為了在高溫下保持高的 Bs ，材料的居里溫度應(yīng)當(dāng) 較高，電阻率較高。變壓器的磁芯一方面起加強(qiáng)線圈之間磁通交鏈的正向作用，同時(shí)也帶來因交變磁通激勵(lì) 而產(chǎn)生額外的磁芯損耗之負(fù)面作用。 因?yàn)榇判镜拿看未呕瘯?huì)消耗能量， 即產(chǎn)生磁滯損耗（磁 性材料的磁疇運(yùn)動(dòng)及磨擦而導(dǎo)致） ，磁通交變產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)的驅(qū)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生渦流損耗。 這兩 種損耗都與磁通交變的頻率有關(guān)。同一鐵氧體的磁滯損耗正比于直流磁滯回線的面積， 并與頻率成線性關(guān)系 （與 f 成正比） 對(duì)于工作在100KHZ以下的功率鐵氧體磁芯，（變壓器工作溫度：80 -100 C ）為獲得低損耗，要選用最低矯頑力、較低的磁致伸縮系數(shù)入的磁