硅鋼片鐵芯、坡莫合金、非晶及納米晶軟磁合金

1、濟(jì)南鉑晶電子科技有限公司內(nèi)部培訓(xùn)資料1硅鋼片鐵芯、坡莫合金、非晶及納米晶軟磁合金一.磁性材料的基本特性1.磁性材料的磁化曲線(xiàn)磁性材料是由鐵磁性物質(zhì)或亞鐵磁性物質(zhì)組成的，在外加磁場(chǎng)H作用下，必有相應(yīng)的磁化強(qiáng)度M或磁感應(yīng)強(qiáng)度B，它們隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化曲線(xiàn)稱(chēng)為磁化曲線(xiàn)（M～H或B～H曲線(xiàn)）。磁化曲線(xiàn)一般來(lái)說(shuō)是非線(xiàn)性的，具有2個(gè)特點(diǎn)：磁飽和現(xiàn)象及磁滯現(xiàn)象。即當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H足夠大時(shí)，磁化強(qiáng)度M達(dá)到一個(gè)確定的飽和值Ms，繼續(xù)增大H，Ms保持不變；以及

2、當(dāng)材料的M值達(dá)到飽和后，外磁場(chǎng)H降低為零時(shí)，M并不恢復(fù)為零，而是沿MsMr曲線(xiàn)變化。材料的工作狀態(tài)相當(dāng)于M～H曲線(xiàn)或B～H曲線(xiàn)上的某一點(diǎn)，該點(diǎn)常稱(chēng)為工作點(diǎn)。2.軟磁材料的常用磁性能參數(shù)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs：其大小取決于材料的成分，它所對(duì)應(yīng)的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊排列。剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br：是磁滯回線(xiàn)上的特征參數(shù)，H回到0時(shí)的B值。矩形比：Br∕Bs矯頑力Hc：是表示材料磁化難易程度的量，取決于材料的成分及缺陷（雜質(zhì)、應(yīng)力等）。磁導(dǎo)

3、率μ：是磁滯回線(xiàn)上任何點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的B與H的比值，與器件工作狀態(tài)密切相關(guān)。初始磁導(dǎo)率μi、最大磁導(dǎo)率μm、微分磁導(dǎo)率μd、振幅磁導(dǎo)率μa、有效磁導(dǎo)率μe、脈沖磁導(dǎo)率μp。居里溫度Tc：鐵磁物質(zhì)的磁化強(qiáng)度隨溫度升高而下降，達(dá)到某一溫度時(shí)，自發(fā)磁化消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，該臨界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。損耗P：磁滯損耗Ph及渦流損耗PeP=PhPe=afbf2cPe∝f2t2，ρ降低，磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc；降低渦

4、流損耗Pe的方法是減薄磁性材料的厚度t及提高材料的電阻率ρ。在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關(guān)系為：總功率耗散（mW）表面積（cm2）3.軟磁材料的磁性參數(shù)與器件的電氣參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換在設(shè)計(jì)軟磁器件時(shí)，首先要根據(jù)電路的要求確定器件的電壓～電流特性。器件的電壓～電流特性與磁芯的幾何形狀及磁化狀態(tài)密切相關(guān)。設(shè)計(jì)者必須熟悉材料的磁化過(guò)程并拿握材料的磁性參數(shù)與器件電氣參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。設(shè)計(jì)軟磁器件通常包括三個(gè)步驟：正確選用磁性材料；合理確定磁

5、芯的幾何形狀及尺寸；根據(jù)磁性參數(shù)要求，模擬磁芯的工作狀態(tài)得到相應(yīng)的電氣參數(shù)。二、軟磁材料的發(fā)展及種類(lèi)1.軟磁材料的發(fā)展?jié)香K晶電子科技有限公司內(nèi)部培訓(xùn)資料3時(shí)無(wú)噪聲產(chǎn)生。主要應(yīng)用于300kHz以下的高品質(zhì)因素Q濾波器、感應(yīng)負(fù)載線(xiàn)圈、諧振電路、在對(duì)溫度穩(wěn)定性要求高的LC電路上常用、輸出電感、功率因素補(bǔ)償電路等在AC電路中常用粉芯中價(jià)格最貴。高磁通粉芯HF是由50%Ni、50%Fe粉構(gòu)成。主要特點(diǎn)是：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值在15000Gs左右；磁

6、導(dǎo)率范圍從14～160；在粉末磁芯中具有最高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，最高的直流偏壓能力；磁芯體積小。主要應(yīng)用于線(xiàn)路濾波器、交流電感、輸出電感、功率因素校正電路等在DC電路中常用，高DC偏壓、高直流電和低交流電上用得多。價(jià)格低于MPP。(3)鐵硅鋁粉芯（KoolMμCes）鐵硅鋁粉芯由9%Al、5%Si85%Fe粉構(gòu)成。主要是替代鐵粉芯，損耗比鐵粉芯低80%，可在8kHz以上頻率下使用；飽和磁感在1.05T左右；導(dǎo)磁率從26～125；磁致伸縮系數(shù)接

7、近0，在不同的頻率下工作時(shí)無(wú)噪聲產(chǎn)生；比MPP有更高的DC偏壓能力；具有最佳的性能價(jià)格比。主要應(yīng)用于交流電感、輸出電感、線(xiàn)路濾波器、功率因素校正電路等。有時(shí)也替代有氣隙鐵氧體作變壓器鐵芯使用。2.軟磁鐵氧體（Ferrites）軟磁鐵氧體是以Fe2O3為主成分的亞鐵磁性氧化物，采用粉末冶金方法生產(chǎn)。有MnZn、CuZn、NiZn等幾類(lèi)，其中MnZn鐵氧體的產(chǎn)量和用量最大，MnZn鐵氧體的電阻率低，為1～10歐姆米，一般在100kHZ以下的

8、頻率使用。CuZn、NiZn鐵氧體的電阻率為102～104歐姆米，在100kHz～10兆赫的無(wú)線(xiàn)電頻段的損耗小，多用在無(wú)線(xiàn)電用天線(xiàn)線(xiàn)圈、無(wú)線(xiàn)電中頻變壓器。磁芯形狀種類(lèi)豐富，有E、I、U、EC、ETD形、方形（RM、EP、PQ）、罐形（PC、RS、DS）及圓形等。在應(yīng)用上很方便。由于軟磁鐵氧體不使用鎳等稀缺材料也能得到高磁導(dǎo)率，粉末冶金方法又適宜于大批量生產(chǎn)，因此成本低，又因?yàn)槭菬Y(jié)物硬度大、對(duì)應(yīng)力不敏感，在應(yīng)用上很方便。而且磁導(dǎo)率隨頻率

9、的變化特性穩(wěn)定，在150kHz以下基本保持不變。隨著軟磁鐵氧體的出現(xiàn)，磁粉芯的生產(chǎn)大大減少了，很多原來(lái)使用磁粉芯的地方均被軟磁鐵氧體所代替。國(guó)內(nèi)外鐵氧體的生產(chǎn)廠家很多，在此僅以美國(guó)的Magics公司生產(chǎn)的MnZn鐵氧體為例介紹其應(yīng)用狀況。分為三類(lèi)基本材料：電信用基本材料、寬帶及EMI材料、功率型材料。電信用鐵氧體的磁導(dǎo)率從750～2300具有低損耗因子、高品質(zhì)因素Q、穩(wěn)定的磁導(dǎo)率隨溫度時(shí)間關(guān)系是磁導(dǎo)率在工作中下降最慢的一種，約每10年下

10、降3%～4%。廣泛應(yīng)用于高Q濾波器、調(diào)諧濾波器、負(fù)載線(xiàn)圈、阻抗匹配變壓器、接近傳感器。寬帶鐵氧體也就是常說(shuō)的高導(dǎo)磁率鐵氧體，磁導(dǎo)率分別有5000、10000、15000。其特性為具有低損耗因子、高磁導(dǎo)率、高阻抗頻率特性。廣泛應(yīng)用于共模濾波器、飽和電感、電流互感器、漏電保護(hù)器、絕緣變壓器、信號(hào)及脈沖變壓器，在寬帶變壓器和EMI上多用。功率鐵氧體具有高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，為4000～5000Gs。另外具有低損耗頻率關(guān)系和低損耗溫度關(guān)系。也就是