關(guān)于軟磁鐵氧體(ppt)

關(guān)于軟磁鐵氧體

AboutSoftFerrites提綱電磁學基礎知識鐵氧體材料及磁心基礎知識軟磁鐵氧體的技術(shù)發(fā)展趨勢物質(zhì)的磁性是由電流產(chǎn)生的。磁性材料的磁性是由分子電流—電子繞原子核運動及電子自旋運動產(chǎn)生的。一、電磁學基礎知識磁力線：用來表征磁場大小及方向的虛擬線磁通量（Magneticflux)Φ：垂直通過一個截面A的磁力線的總量。 在SI單位制中單位為韋伯（Wb）； 在CGS單位制中單位為麥克斯韋（Mx)；

1Wb＝108MxA磁通密度（磁感應強度）（Magneticfluxdensity）B：單位面積的磁通量：

B=Φ/A

在SI單位制中單位為特斯拉（T）； 在CGS單位制中單位為高斯（Gs)；

1T＝104Gs磁場強度（Magneticfieldstrength）H：由電流產(chǎn)生的磁場的大小。 在SI單位制中單位為安培/米（A/m）； 在CGS單位制中單位為奧斯特（Oe)；

1Oe＝79.6A/m，1A/m＝4π×10-3Oe介質(zhì)的磁導率（Permeability）μ：相同的磁場在不同的介質(zhì)中產(chǎn)生的磁通密度是不同的，磁導率用來表征這種介質(zhì)特性：μ＝B/H真空的磁導率μ0＝4π×10－7H/m，其它介質(zhì)（材料）的磁導率用相對于μ0的倍數(shù)來表示，稱為相對磁導率μr。μr＝B/μ0H

μr在SI單位制里單位為1；

μr在實際使用中簡稱磁導率μ。鐵、鎳、鈷及其合金、鐵氧體等鐵磁性（亞鐵磁性）物質(zhì)的μ為10～105，而銅、鋁、非金屬材料等μ很接近真空磁導率，即μ～1。安培定則（Ampererule）（右手定則）法拉第定律（Faradylaw） 通過一個閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，就會在回路中感應出感應（感生）電動勢和感應（感生）電流，感應電動勢e的大小取決于磁通量的變化速率：楞次定律（Lenzlaw)

感生電流產(chǎn)生的磁通，總是阻止磁通的變化。即當磁通增加時，感生電流產(chǎn)生的磁通的方向與原來磁通相反，削弱原磁通的增加；而當磁通減少時，感生電流產(chǎn)生的磁通的方向與原來磁通相同，阻止原磁通的減少。安培環(huán)路定理（Ampereringroutelaw） 在電流所產(chǎn)生的磁場中，磁場強度沿任意閉合曲線的積分，等于該閉合曲線所包圍的電流的代數(shù)和。在磁場均勻的長度為l的磁路中（如磁環(huán)中），繞有N匝線圈，通有電流I，則安培環(huán)路定理簡化為Hl＝NI自感系數(shù)（自感量、電感量）（Selfinductance）L：通過線圈的電流I產(chǎn)生了磁通量Φ，其比值為自感系數(shù)L：L=Φ/I，或Φ=LI

考慮有N匝線圈的情況，則L=NΦ/I，或NΦ=LI

亦有關(guān)系e＝－NdΦ/dt=－LdI/dt L的單位為亨利（H）。磁場可以儲存能量，可以證明單位體積的磁性材料儲能W＝1/2×BH＝1/2×μH2（J/m3)

電感阻止電流變化的現(xiàn)象說明其具有儲能的特性，可以證明電感儲能為W＝1/2LI2（J)互感現(xiàn)象：在磁心上繞制兩個線圈N1及N2，由于其間存在磁通的耦合，所以N1的電流變化，會在N2中感應出感應電動勢，這是變壓器的基本原理?；ジ邢禂?shù)（Mutualinductance）M：N1中的單位電流I，在N2中產(chǎn)生的磁通N2

Φ

，稱為互感系數(shù)M：M=N2

Φ/I M的單位為亨利（H）互感電動勢e：與自感電動勢類似：

e＝－NdΦ/dt=－MdI/dt理想變壓器的關(guān)系式：V1/V2＝I2/I1=N1/N2（初次級匝比）若輸出阻抗為Z’，則從輸入端看，阻抗

Z＝V1/I1＝V2/I2×（N1/N2）2＝Z’（N1/N2）2

即變壓器具有電壓變換、電流變換和阻抗變換（阻抗反射）等功能。

漏磁通和漏感（Leakflux/Leakinductance）：N1產(chǎn)生的磁通未耦合到N2的部分，稱為漏磁通，相應的電感稱為漏感。 漏感的大小和線圈耦合緊密程度、線圈繞制工藝、磁路結(jié)構(gòu)、磁介質(zhì)特性等有關(guān)。磁路（Magneticpath）：是指磁通或磁力線通過的閉合路徑。磁路的歐姆定律：

NI＝Hl＝B/μ×l＝Φ(l

/μA)=ΦRm NI稱為磁動勢，Rm稱為磁阻?；鶢柣舴虻谝欢桑捍怕分腥我还?jié)點的磁通代數(shù)和為零，即∑Φ＝0

基爾霍夫第二定律：在磁路中沿任意閉合路徑的磁動勢的代數(shù)和等于各段磁壓的代數(shù)和，即∑NI＝∑ΦRm，或∑NI＝∑Hl＝H1l1+H2l2+H3l3＋‥‥二、鐵氧體材料及磁心基礎知識

磁性材料的分類 硬磁(永磁)材料（Hardmagneticmaterials）——

金屬永磁(NdFeB/SmCo/AlNiCo)、永磁鐵氧體(Sr/Ba)等 軟磁材料（Softmagneticmaterials）——

金屬軟磁(Fe/FeNi/FeSiAl/非晶合金/納米晶)、軟磁鐵氧體(MnZn/NiZn/MgZn)等 旋磁材料——

旋磁鐵氧體(尖晶石系/柘榴石系/六角晶系） 矩磁材料——

磁紀錄材料(γ-Fe2O3/CoO)不同磁性材料性能和價格比較

軟磁鐵氧體（Softferrite）的定義及特征軟磁鐵氧體是可表示為下列分子式的尖晶石晶體結(jié)構(gòu)的磁性材料：MeO·Fe2O3

式中Me代表錳、鎳、鋅、銅、鎂、鈷等二價金屬離子。EMC尖晶石結(jié)晶開關(guān)電源用變壓器；低頻EMI濾波器；各種通信用變壓器；LCD背光源逆變器變壓器Mg-Zn系列TV,顯示器用偏轉(zhuǎn)磁心NiCuZn系列高頻EMI抑制濾波器；各種高頻線圈、扼流圈多晶單晶鐵氧體Mn-Zn系列鐵氧體的種類和用途

軟磁鐵氧體的主要優(yōu)點電阻率遠大于金屬磁性材料，這抑制了渦流的產(chǎn)生，使鐵氧體能應用于高頻領域；采用陶瓷工藝易于制成各種不同的形狀和尺寸；化學特性穩(wěn)定、不生銹；較低的制造成本。軟磁鐵氧體的主要缺點飽和磁通密度較低，質(zhì)地脆，易碎。種類繁多的軟磁鐵氧體磁心

軟磁鐵氧體的主要用途 主要制成磁心用于各種電感器、變壓器、濾波器和扼流圈的制造，廣泛新能源、通信、汽車、IT、家用電器、電磁兼容、綠色照明、工業(yè)自動化、航空、航天等。軟磁鐵氧體具有廣泛的用途

軟磁鐵氧體制造工藝流程 按照預定的配方稱重，把高純、粉狀的氧化物(如Fe2O3、Mn3O4、ZnO、NiO、MgO等)混合均勻，再經(jīng)過預燒、粉碎、造粒，模壓成型為毛坯，在高溫(1200℃—1400℃)下燒結(jié)，再通過磨削加工、檢查和包裝獲得成品。O2+Asite:Zn2+,Mn2+,Fe3+Bsite:Fe2+,Fe3+AAAABBBBBB離子的配列?結(jié)晶?磁心磁心的顯微結(jié)構(gòu)放大500倍磁疇（Magneticdomain）及磁化過程（Magnetization）磁化曲線及磁滯回線1、初始磁導率（Initialpermeabolity）μi

初始磁導率是磁性材料的磁導率(μ=B/H)在磁化曲線始端的極限值，即

式中 μ0為真空磁導率(4π×10-7H／m) H為磁場強度(A／m) B為磁通密度(T)

軟磁鐵氧體的主要技術(shù)性能參數(shù)磁導率和磁化曲線的關(guān)系2.復數(shù)磁導率（Complexpermeability） 為了更加全面地反映磁特性，引入復數(shù)磁導率： 其實部表示一般意義的磁導率，虛部表示磁的損耗。

復數(shù)磁導率的頻率特性是磁性材料的重要特性之一；截止頻率fc表征材料的使用頻率極限。3.有效磁導率（Effectivepermeability）μe

為了方便繞線，常采用兩只形狀相同的磁心配對構(gòu)成閉合磁路。由于磁路各部份形狀尺寸不同，且配合面不可避免有殘余氣隙(為改善性能,有時在磁路人為開制氣隙),因此要用有效磁導率來表征磁心的性能。

式中 L為裝有磁心的線圈的電感量(H) N為線圈匝數(shù)

le為有效磁路長度(m) Ae為有效截面積(m2)開有長度為δ的氣隙的磁心，有效磁導率為：開氣隙提高了磁心的抗飽和能力。4.可逆磁導率（Reversiblepermeability）μrev

當磁心上作用一個恒定的直流磁場H，并在其上面迭加交變磁場增量ΔH，交流磁通形成的小回線峰值為ΔB，此小磁滯回線的平均斜率叫做增量磁導率，用μΔ

表示：μΔ=(1/μ0)·(ΔB/ΔH)

交流場叫做工作場，直流場叫做偏磁化場（DCBias）。 當交變磁場強度接近于零時，增量磁導率的極限值叫做可逆磁導率，用μrev

表示：μrev=limμΔ(ΔH→0)

5.損耗因數(shù)（Lossfactor）tanδ

表征弱場下的磁損耗：（串聯(lián)等效） 其倒數(shù)即為品質(zhì)因數(shù)Q值：Q=1/tanδ

一般使用比損耗因數(shù)tanδ/μi。開氣隙磁心情況下，有：tanδe/μe

＝tanδ

/μi6.飽和磁通密度（Saturationfluxdensity）Bs(T)

磁化到飽和狀態(tài)的磁通密度。7.剩余磁通密度(Remanence)Br(T)

從飽和狀態(tài)去除磁場后，剩余的磁通密度。矯頑力(Coercivefield)Hc(A/m)

從飽和狀態(tài)去除磁場后，磁心繼續(xù)被反向的磁場磁化，直至磁通密度減為零，此時的磁場強度稱為矯頑力。9.居里溫度(Curietemperature)Tc(℃)

在該溫度下材料由鐵磁性(或亞鐵磁性)轉(zhuǎn)變成順磁性。10.電阻率（Resistivity）ρ(Ω.m)

具有單位截面積和單位長度的磁性材料的電阻。11.密度（Density)d(kg/m3)

單位體積材料的重量，即d=W/V

式中W為磁心的重量(kg) V為磁心的體積(m3)12.功率損耗（Powerloss）Pc(kW/m3)

磁心在高磁通密度下的損耗，通常表示為單位體積損耗或單位重量損耗。在正弦勵磁電壓情況下，該磁通密度可表示為Bm=E/4.44fNAe

式中Bm為磁通密度的峰值(T)f為頻率(Hz)N為線圈匝數(shù)

Ae為有效截面積(m2) E為勵磁電壓有效值(V)

功率損耗的構(gòu)成磁心的功率損耗由磁滯損耗Ph、渦流損耗Pe和剩余損耗Pr之和構(gòu)成：簡單地說，磁滯損耗Ph是由于磁化過程中磁疇轉(zhuǎn)動和疇壁之間的“摩擦”生成熱，發(fā)生了能量損耗。可以證明磁滯回線包圍的面積等于磁化一周的Ph。所以具有狹長形狀、線性度好的磁滯回線的材料，即Hc和Br均小的磁性材料，Ph較低。Pc＝Ph＋Pe＋Pr＝f∮BdH+Cf2Bm2/ρ+Pr

渦流損耗Pe的產(chǎn)生是因為鐵氧體磁性材料具有一定的導電性，在交變磁場的作用下，磁心內(nèi)部感應出流通方向為渦旋的感生電流Ie（即渦流），和材料電阻R作用發(fā)熱，而發(fā)生的能量損失：Pe＝Ie2R。 由于渦流是由感生電動勢dΦ/dt引起的，所以和頻率成正比，所以Pe和頻率的平方成正比。隨著頻率的上升，Pe影響明顯加大。

渦流一方面產(chǎn)生了磁損耗，另一方面渦流產(chǎn)生的磁通量阻止主磁通的變化，使得磁通趨向磁心的表面，即產(chǎn)生了“集膚效應”?？梢宰C明磁心的集膚深度（磁通降為表面1/e）為：

剩余損耗Pr是因為磁化弛豫效應或磁性滯后效應引起的能量損失，其機理較復雜，在高頻率下作用才顯現(xiàn)出來。對于功率鐵氧體而言，在500kHz以下頻段，可以忽略Pr的影響。Pc/f

100

500Pr:剩余損耗Pe:渦流損耗Ph:磁滯損耗(A)(C)(B)

頻率

(kHz)不同損耗成分和頻率的關(guān)系

功率損耗Pc可用經(jīng)驗公式表示：Pc=kfaBmb

式中k為常數(shù)，f為工作頻率，Bm為工作磁通密度，對于常見的功率鐵氧體材料而言，a約為1.2～1.5，b約為2.6～2.9。

以Ferroxcube3C90和3C94兩種功率鐵氧體材料為例，從其功率損耗和磁通密度及頻率的關(guān)系曲線上，可以推算出有關(guān)參數(shù)：3C90：a＝1.35,b=2,75,k=4.50×10-7(kW/m3)3C94：a＝1.50,b=2,75,k=1.88×10-7(kW/m3) 3C90和3C94是兩種不同等級的材料，這些參數(shù)反映了材料的各種損耗成分隨頻率、磁通密度的變化關(guān)系及總體水平，這是由材料本身的配方、原材料、制造工藝和微觀結(jié)構(gòu)等復雜因素決定的。13.電感因數(shù)（Inductancefactor）AL(nH/N2)

電感因數(shù)定義為具有一定形狀和尺寸的磁心上每一匝線圈產(chǎn)生的電感量，即

AL=L/N2

式中L為裝有磁心的線圈的電感量(H)N為線圈匝數(shù)14.磁心等效參數(shù)（Coreeffectiveparameters)

鐵氧體磁心的很多電磁性能與磁心的尺寸有關(guān)。通常將磁場分布不均勻的磁心（如EE形、PQ形等）等效為具有均勻磁場分布的薄壁的環(huán)形磁心。這個磁心具有各處相等的截面，可用有效截面Ae、有效磁路長度le、有效體積等來表示，還有一個常用的參數(shù)C1（磁心常數(shù)Coreconstant)）：C1＝∑l/A=le/Ae IEC的一系列相關(guān)標準闡述了不同形狀磁心等效參數(shù)的計算方法。在磁心廠商的樣本里可以檢索到各種規(guī)格磁心的等效參數(shù)。常用鐵氧體磁心的結(jié)構(gòu)、功能特點：E(EE、EF、EI):

簡單、經(jīng)濟的形狀； 方形截面不易繞制粗線； 磁心有效面積較大； 磁屏蔽較差。平面E型(PlanarEE、PlanarEI):

低矮結(jié)構(gòu)； 小的漏磁通； 寄生特性的重復性很好； 易于裝配； 節(jié)省成本； 可靠性高； 熱特性好，易于散熱。EFD型:

很低的結(jié)構(gòu)高度； 很高的傳輸功率密度； 包括SMD骨架在內(nèi)的范圍很全的配件。EP型:

立方體設計有利于高密度裝配； 優(yōu)良的磁屏蔽； 易于設計多路輸出變壓器。ER型:

圓形中心柱； 邊側(cè)腿帶有圓??； 為獲得更小的尺寸，備有SMD骨架和卡箍； 中等的磁屏蔽效果。ETD型：

AC/DC轉(zhuǎn)換器的最佳形狀； 傳輸一定功率的最小體積和重量； 高效率的安裝部件； 中等的磁屏蔽。P(罐)型： 優(yōu)良的磁屏蔽； 各種材料和尺寸規(guī)格齊全； 不易裝配和安裝； 引出線困難； 用作電源隔離困難。PQ型:

圓形實心中柱及圓的繞線空間； 矩形的外部設計； 磁心對的頂部和底部均為完全平面，與散熱器可有良好的熱接觸； 良好的磁屏蔽。RM型:標準化的規(guī)格；配件范圍齊全；易于自動化繞線；簡單的安裝系統(tǒng)；有效利用P