软磁材料性能课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,铁氧体软磁材料的性能和应用,.,铁氧体软磁材料的性能和应用.,1,一、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,.,一、常用磁性材料的分类分类软磁Hc10A/cm永磁Hc1,2,二、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,520K,5300K,5450,3150K,100K,Tc(),100500,500,500750,210485,570,Bs(T),0.30.5,0.82.4,11.2,0.551,1.3,Hc(e),0.050.5,0.0033,0.0033,tg/i,(10,-6,),10K,5,8,25,100K,10,80,30,1M,25,4000,100,（cm）,1010,8,10,-5,1010,4,1.410,-4,1.310,-4,.,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铁,3,三、软磁铁氧体材料的优缺点,1、优点,：,高电阻率1010,8,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。,.,三、软磁铁氧体材料的优缺点1、优点：.,4,2、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。,.,2、缺点：.,5,四、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,.,四、常用软磁铁氧体材料Mg-Zn材料、Ni-Zn材料材料性能,6,五、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,.,五、Mn-Zn铁氧体材料Mn-Zn铁氧体按使用场合分两类：.,7,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,.,.,8,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fB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,= fBdHCef,2,B,2,/Pr,f=10-100k m=1.3 典型值n=2.5,f100K 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，,.,上式说明：.,9,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,.,.,10,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,.,功率铁氧体材料主要性能指标简述.,11,功耗与频率关系图：(DMR24）,.,.,12,功耗与温度磁通密度关系图（DMR24）,.,.,13,功耗与温度关系图（DMR24）,.,功耗与温度关系图（DMR24）.,14,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,.,.,15,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,.,.,16,饱和磁通密度与温度的关系曲线,.,.,17,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,.,.,18,、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,.,普通频率100K250KHZDMR40低功耗工作点100,19,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,.,TDK公司牌号PC30HV22PC40PC44PC50DM,20,2、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,.,2、高导铁氧体.,21,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,.,A、起始磁导率 电感系数.,22,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,.,B、i T特性.,23,i T特性关系图（R7K）,.,i T特性关系图（R7K）.,24,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,.,C、 i f特性.,25,i f特性曲线图（R7K）,.,i f特性曲线图（R7K）.,26,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,.,D、 损耗角正切特性.,27,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,.,.,28,3、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,.,3、我公司高导铁氧体材料的特性.,29,4、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/NIPPON,GP7,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,.,4、世界各大公司高导铁氧体材料对照表i值400060001,30,