开关电源中的磁性材料
变压器、电感器的磁性材料介绍与选用原则
科技与创新┃Science and Technology &Innovation
·98·
2019年第24期
文章编号：2095－6835（2019）24－0098－03
变压器、电感器的磁性材料介绍与选用原则
李文海
（厦门柏恩氏电子有限公司，福建厦门361000）
摘要：20世纪70年代以来，中国的计算机、电子科技、智能化领域进行了强化与发展，研制出了众多具有先进水平的设备和零部件，其中以非晶态软磁合金为重要的研究代表。分析了变压器、电感器的磁性材料特性，并说明了常用软磁磁芯的特点及应用，得出了变压器、电感器磁性材料的选用原则，望为同行提供参考。关键词：软磁材料；磁性能；典型应用；选用原则中图分类号：TM27文献标识码：A
DOI ：10.15913/ki.kjycx.2019.24.043
1软磁材料的主要特性1.1软磁材料的B-H 曲线
软磁材料主要的组成物有铁粉、合金粉、锰锌或镍锌氧化物。软磁材料在外力磁场（H ）中会产生与之相关的磁感应强度（B ），磁感应强度（B ）随着外力磁场（H ）自身的变化而不断变化，产生相应的变化曲线为B -H 曲线。
值得注意的是，磁化曲线是非线性的闭合曲线，会呈现出磁饱和及磁滞两种不同的情况。软磁材料不同，磁化曲线也不同，其Bs 值也不相同。但软磁材料不变，其Bs 值也是不变的。
B -H 曲线如图1
所示。
图1B -H 曲线
1.2软磁材料的磁性能
饱和磁感应强度Bs ：磁化到饱和状态时的磁通密度或磁感应强度。
剩余磁感应强度Br ：从饱和状态去除磁场强度后，剩余的磁感应强度（H 回到0时的B 值）。
VAC_W435磁芯材料
德国VAC公司的超微晶材料在高频开关电源（SMPS）
功率变压器上的应用
一、 VAC公司的超微晶材料用作开关电源功率变压器的优异性及其标准规格
系列
1. VAC公司的超微晶材料VITROPERM 500F用作开关电源功率变压器有着独
特的优异性：
非常低的铁损，且损耗在-40℃~+120℃范围内不随温度而变化。
非常高的饱和磁通密度(1.2T，即使在高温下也能保持)。因此开关电源设计者可以考虑选择较低的工作频率，从而节省功率半导体和EMI滤波
器件的成本。
足够高的磁导率，且磁导率随磁通密度和温度的变化都非常小。
磁芯由环氧树脂封装，具有非常高的机械强度；由于这种磁芯材料几乎没有磁滞伸缩，因此可以设计铸造元件。VITROPERM超微晶可以抵抗非
常强的振动应力。
2. VAC功率变压器磁芯的标准规格型号
目前为止，VAC可以提供外径约10mm～500mm、高度约4mm～30mm的环形磁芯，可以通过叠加磁芯来获得更高的高度。目前标准系列的磁芯外径为16mm～130mm，由这此磁芯组合可以做出功率高达40kW的功率变压器。矩形磁芯可按要求定做。
下表是VAC功率变压器磁芯的标准规格型号（注意：VITROPERM 500F 是铁基超微晶材料，用于推挽式（全桥、半桥）变换器
可参考上表，各种规格的磁芯在20kHz频率下所传输的功率（仅为典型值，条件不一样所传输的功率值也会不一样）。
在频率f=20kHz, 环境温度T≤60℃，允许的温升△T＝50K，变压器为浇铸设计时，变压器磁芯大小和所能传输的功率值列表如下（仅供参考指导）： ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 磁芯尺寸大小（外径×内径×高度mm） 所传输的功率(W) 50×40×20 1300
常见磁性材料
软磁铁氧体磁芯：
由镍锌、锰锌材料制成，应用于高频电感、变压器、滤波器等，是无线电中最常用的材料。
非晶纳米晶合金磁芯：
非晶纳米晶合金磁芯：具有高敏感应强度、高磁导率、 低铁磁损耗和高频特性好等优点， 比铁氧体、 硅钢和坡莫合金等常规软磁材料具有更高的性能价
来自百度文库
格比，广泛用于现代通讯、电力电子，电磁兼容，传感器等高新产业以及各种工业磁器件的更新 换代，特别适用于电感和变压器产品的小型化、高频化和高效化设计。
常见磁性材料
常见磁性材料一般可分为三类：金属磁粉芯、软磁铁氧体磁芯、非晶纳米晶合金磁芯
金属磁粉芯：是一种均匀分布气隙的金属软磁材料。由于具有相对较高的饱和磁通密度，
较好的温度稳定性和机械冲击适应性，金属磁粉芯材料是制造电感类器件较为理想的材料。 金属磁粉芯有细分为：
铁粉芯（包括羰基铁） 铁粉磁芯：被广泛应用于直流输出扼流、不同模式输入扼流、功率因数校正电感、连续模式反馈 电感、减光线圈扼流及其他发射、射频干扰设备。 羰基铁磁粉芯：具有许多优异的磁性能、高频高 Q、高饱和磁通密度和高可靠性能。主要用于 50kHz 到 500MHz 的范围内保持高 Q 值的感性器件，在无线电和许多通讯领域中被广泛使用。
铁氧体磁环磁导率的测算：
1、测量磁环的外径 D，内径 d，环的高度 H，单位 mm。 2、用漆包线穿绕 10~20 圈，绕紧点，不要太松，测量其电感量 L，单位为 uH，电感量大点测 算误差小，电感量小测算误差就会大，请根据实际需要确定穿绕的圈数 N。 3、将以上数据代入下式计算出大约的磁导率 u0 u0=2500*L*(D+d)/((D-d)*H*N*N) 例如：13X7X5 的磁环，绕 20 圈，测得电感量 23uH，代入上式计算 u0=2500*23*(13+7)/((13-7)*5*20*20)=1150000/12000=95.8 测算结果与磁导率 100 的规格最接近，确定该磁环的 u0 是 100，注意一般 u0 标称误差有 +-10%。 对于没有参数的磁环可以首先根据外观特征初步判断是哪种材料， 再测算磁导率， 就可以确定该 磁环的主要规格了。
开关电源磁芯材料的基本参数(2H)
能量、时间和场 地三个要素。
载流导体周围有磁场，说明下列问题: A.电流产生磁场； B.电流被磁场包围。
安培定则，右手定则
磁场是电流产生的，而电流总是被磁场所包围。 右手定则
(a)单根载流导体产生的磁场 (b)螺线管电流产生的磁 场
磁场最强处
等 磁 位 线
由这个 图你能 想到什 么？
+
这种导线是传输电能 的导线，其中一个是 正线，另一根是负线。
在一般磁芯变压器和电感中， 给定结构磁芯截面上，或端面 积相等的气隙端面间的磁场基 本上是均匀的，磁通可表示为
BA
单位：韦伯，Wb 简称韦 SI制
麦克斯韦，Mx
1韦＝108麦
简称麦
CGSM制
磁通单位换算
BA
1(Wb ) 1(T ) 1m 2 1N 1N 1m m2 1A 1m 1A
1高斯=1克/(安培厘米)(厘米克秒制，CGS)
1T=10000GS(思考一下？)
(2)磁通Φ
(flux)
垂直通过一个截面的磁力线总量称为该截面
的磁通量，简称磁通，用Φ表示。
通过单元截 面积的磁通
d B cos dA
A
Flux:磁通
磁通是 标量
法线与B 的夹角
均匀磁场中的磁通
2012年11月8日北京 “开关电源中的磁元件设计”
03、磁性材料和磁路及磁路基本定律
软磁性材料 Hc < 1 — 10 Oe
磁性材料 永磁性材料 Hc = 102 — 104 Oe 半硬磁材料 Hc = 20 — 300 Oe
磁性材料
15
磁性材料
硬磁性材料 (magnetically hard material)
硬磁材料是指那些经过饱和磁化后，即 使去掉外部磁化磁场，材料中的剩磁仍能长 时间地保持磁化状态，并在周围空间产生长 久不变的磁场。
磁性材料
5
磁性材料
6
基本定律
1、安培环路定律
Hdl I IN
d d e N dt dt
2、电磁感应定律 （法拉第+楞次）
磁性材料
7
磁芯损耗
磁滞损耗、涡流损耗、剩余损耗
磁性材料
开关电源技术—— tqzheng@china.com
8
磁滞损耗Ph
The area enclosed by the hysteresis loop is a measure of hysteresis loss per cycle.
3. 粉末烧结铝镍钴系硬磁材料
小型仪表, 继电器, 微电机等
4. 稀土钴系硬磁材料
传感器, 助听器, 电子聚焦装置, 磁推轴承, 力矩电机等
5. 钕铁硼合金
(BH)max 能达到248--288kJ/m3, 但居里温度低(312oC). 主 要用于核磁共振, 磁悬浮列车等. 微波器件, 磁力选矿机, 磁分离器等, 精度不高的场合.
变压器电感器用原材料介绍
磁性材料介绍：
2.合金类磁芯 F）非晶、微晶合金 ➢ 采用特殊工艺制造完成(使用超急冷凝固技 术一次成型) ➢ 分为：铁基、铁镍基、钴基和超微晶四大系 ➢ 可加工成各种不同特性的产品 ➢ 型式：环形、CD形等
12
磁性材料应用：
一 . 磁芯形状及特点
EE 、EI TYPE
形状
EER、ETD TYPE
绕线、散热、漏磁 …
17
线架材料介绍：
线架
电木材（PHENOLIC）
塑胶材
尼龙（NYLON） PBT（POLYBUTYLENE TEREPHTHALATE） PET（POLYETHYLENE TEREPHTHALATE） LCP（LIQUID CRYSTAL POLYESTER） PPS（塑钢 POLYPHENYLENS SULFIDE）
三层绝缘线 PVC线
TEX-E TEX-F TRW、
UL1007 UL1015 …
温度 等级
130℃ 155℃ 180℃
特点
用途
将UEW线绞合而成。具很好 高频线圈、高频变压器等。 高频特性，可降低线间匝间 分布电容以及降低集肤效应。
105℃ 130℃ 155℃
85℃ 105℃
具很好的耐高压特性，可直 小型安规高频变压器、电
一般 良
最低
16
磁性材料应用：
四. 优良软磁特性要求及效益
开关电源磁性元件理论及设计
阅读感受
而书后的磁元件设计数据附录，更是为读者在实际操作中提供了宝贵的参考。 这些数据都是经过大量实验验证得出的结果，具有极高的参考价值。对于我们这 些初学者来说，这些数据就像是一盏明灯，照亮了我们前进的道路。
阅读感受
读完这本书后，我深感自己在开关电源磁性元件的理论和设计方面有了很大 的提升。不仅对磁性元件有了更加深入的了解，还学到了很多实用的设计技巧和 经验。我相信，这本书不仅会对我今后的学习和工作产生深远的影响，也会对整 个电子工程领域的发展产生积极的影响。
目录分析
本章节主要于磁性元件的优化与改进。首先介绍了磁性元件优化设计的基本 原则和方法，随后重点讨论了新型磁性材料、先进制造工艺在提升磁性元件性能 方面的作用。还对磁性元件的可靠性设计进行了深入探讨，以提高其在恶劣环境 下的稳定运行能力。
目录分析
该部分主要涉及磁性元件的实验与测试技术。通过实际实验数据的分析和比 对，验证了理论分析的正确性和设计的有效性。同时，该章节还对实验过程中可 能出现的误差来源进行了深入剖析，以提高实验结果的准确性和可靠性。还介绍 了磁性元件性能测试的相关标准和方法，为评估和优化磁性元件提供了依据。
精彩摘录
“磁性元件的理论基础主要涉及到电磁学的基本原理，包括磁场、电感和电 流之间的关系等。这些原理为我们提供了理解和设计磁性元件的工具。”
精彩摘录
“在设计磁性元件时，我们不仅需要考虑其电气性能，还需要考虑其热性能 和机械性能。这是因为高温和机械应力会对元件的性能产生显著影响。”
开关电源磁性元件磁心选择的计算
开关电源磁性元件磁心选择的计算-AP值法
1前言
开关电源以其体积小，重量轻，效率高，控制灵活可靠等优点成为现代广泛应用的电力变换装置。开关电源磁性元件，如开关变压器和谐振电感等，是开关电源的核心组成部分之一。设计合理、可靠的磁性元件，是设计性能优良的开关电源的基础。所谓合理、可靠的磁性元件，就是在满足元件功能的情况下，能够长期安全工作，温升在允许的范围内，而且体积小，重量轻，材料节省。磁性元件设计的关键，是选取合理的磁心。因为磁性元件的主要部分就是磁心和线圈，一旦磁心确定，线圈也就基本确定了。只有选取了适当的磁心，才能设计出合理、可靠的磁性元件。
选取磁心的算法有多种，如查表法[1]、磁心结构常数法（Y值法）[2]等。而AP 法是理论比较严密，磁心参数查找比较便利的一种方法。
2选择开关电源磁性元件磁心的材料、结构和必备的计算参数
2.1材料
变压器磁心选用高磁导率软磁材料制造，以减少磁滞损耗与磁心体积，提高励磁效率。几种常用磁心材料的磁导率和适用频率范围可以用图1[3]粗略描述。
从图中可以看出，适用于开关电源工作频率段的磁心材料主要有铁氧体、铁粉磁心等。其中，尤以Mn-Zn铁氧体综合特性最好，因此使用最广泛。
2.2铁氧体磁心结构和应用
铁氧体磁心已经形成系列标准结构与尺寸，规格品种繁多，常用的铁氧体磁心结构和形状有EE型、ETD（EC）型、EI型、U型、罐型、环型等，外形结构如图2。1）EE型
特点：窗口大，散热好；结构规则，便于组合使用。缺点是电磁屏蔽性能差、干扰大。
适用：较大功率开关电源变压器、电感，驱动变压器，脉冲变压器；
（整理）磁性材料和磁路基本定律.
（整理）磁性材料和磁路基本定律.
磁性材料和磁路基本定律
⼀、开关电源中的磁性材料
开关电源离不开磁性材料(Magnetic materials)
磁性材料主要⽤于电路中的变压器、扼流圈(包括谐振电感器)中
1、真空磁导率为1.0，空⽓、纸和铜等⾮磁性材料具有相同等级的磁导率，铁、镍、钴及其合⾦材料具有⾼的磁导率，有时达到⼏⼗万
Ac —cm2（截⾯积） MPL —cm （磁通的有效长度Magnetic Path Length ）
2、磁⼼⽐空⼼线圈的另⼀个优点是磁路长度（MPL ）易于确定，并且磁通除紧靠绕组附近外，基本局限于磁⼼部分
Load
280.410()
c e N A L H MPL
πµ-?=
复杂的单位制：厘⽶—克—秒（cgs）单位制，⽶—千克—秒（mks）单位制，混合英制
两个重要问题
1. 磁性材料的磁饱和问题：如果磁路饱和，会导致变压器电量传递畸变，使得电感器电感
量减⼩等。对于电源来说，有效电感量的减⼩，电源输出纹波将增加，并且通过开关管的峰值电流将增加。这样可能使得开关管的⼯作点超出安全⼯作区，从⽽造成开关管寿命的缩短或损坏。
2. 磁性材料的居⾥点（居⾥温度） (Curie Temperature)：在这⼀温度下，材料的磁特性
会发⽣急剧变化。特别是该材料会从强磁物质变成顺磁性物质，即磁导率迅速减⼩⼏个数量级。实际上，它⼏乎转变为和空⽓磁芯等效。⼀些铁氧体(ferrites)的居⾥点可以低到130oC 左右。因此⼀定要注意磁性材料的⼯作温度。简单的说就是两个问题：
1.磁饱和——引起电感量减⼩
开关电源中的高频磁元件设计
dΦ e1 N1 dt
有载时,铁心中主
磁通就是由一
e2
N2
dΦ dt
次、二次绕组磁 通势共同产生得 合成磁通。
eσ1
Lσ1
di1 dt
i2 ( i2N2)
31
2
eσ2
Lσ2
d i2 dt
磁滞现象
磁感应强度B 得改变滞 后于磁场强度H 得现象称 为磁滞现象。
7
4、1 磁性材料得概述
磁性材料得基本特性
• 磁感应强度 B (磁通密度)
• 表征磁场中某一点得磁性强弱和方向得矢量 B F IL
方向:左手定则 单位:特斯拉( T)、 高斯(GS),1 GS =10-4 T
8
4、1 磁性材料得概述
eσ1
Lσ1
di0 dt
30
i2 0
++
e2 u20
–– N2
空载时,铁心中
主磁通就是
由一次绕组磁 通势产生得。
4、3 高频变压器设计方法
• 带负载运行情况
i1
+–
2
u1
–
e+–σe11+
1
i2
e+2 –
+ e–2
+
u2
–
Z
一次侧接交流电源,二次
N1
开关电源中的磁性元
未来磁性元件的研究方向
新材料研究
探索新型的磁性材料，如纳米材料、高磁导率材 料等，以提高磁性元件的性能和适应性。
集成化研究
研究磁性元件的集成化技术，实现多功能的集成 和优化，提高开关电源的整体性能。
智能化研究
研究磁性元件的智能化技术，实现自适应调节和 控制，提高开关电源的智能化水平。
THANKS FOR WATCHING
磁性元件的热设计
散热设计
根据磁性元件的工作温度和环境 温度，设计散热结构，如散热片、 风扇等，以降低磁性元件的工作 温度。
热传导设计
利用导热材料和导热结构，将磁 性元件的热量传递到周围环境中， 以降低磁性元件的工作温度。
热对流设计
利用对流换热原理，将磁性元件 的热量通过空气流动传递到环境 中，以降低磁性元件的工作温度。
06
磁性元件的发展趋势与 挑战
磁性元件的发展趋势
高频化
随着电力电子技术的进步，开关电源的工作频率不断提高， 磁性元件需要适应高频环境下的性能要求。
01
小型化
随着电子设备的便携化和轻薄化，磁性 元件需要实现更小体积和更轻重量，同 时保持高效率和高可靠性。
02
03
高效能
为了降低能源消耗和减少环境污染， 磁性元件需要不断提高能效，降低损 耗，提升电源系统的效率。
02
过程控制
开关电源中的磁性元件
右手法则
• 右手握住导体，拇指指向电流流动的方向。四指 代表磁力线的方向。
13 AcBel Confidential
开关电源中的磁性元件
Material Characteristics
B
flux density in tesla (1 tesla = 10,000 gauss)
Slope = B/H = permeability Air (relative) = 1 H
Temperature Derating
100 W 5 CFM FORCED AIR COOLING
80 W
NATURAL CONVECTION COOLING
50 W 40 W
0 oC
10 o C
20 o C
30 o C
40 o C
50 o C
60 o C
70 o C
5 AcBel Confidential
magnetic field strength in ampere turns / meter
磁性材料的主要特性 • H = NI/le = 每米的安匝数
– 经典的定义是安培每米（假设只有一匝） – le = 磁路长度
• µ =磁导率，通常是相对于空气（ µ空气 = 4π 10-7 H/m ）
14 AcBel Confidential
v 0 time i 0 v Current (i)
开关电源磁性元件2
“时钟频率”是控制IC芯片产生的时钟脉冲频率。通常，开关频率与时钟频率相同，但不总是这样。偶尔，控制IC芯片经分频获得低的开关频率。特别将推挽IC控制芯片用于单端正激变换器，仅用两个开关驱动中的一个，保证最大占空度不超过50％。在这种情况下，开关频率是时钟频率的一半
通常发生混淆是推挽类拓扑。推挽类（推挽，半桥和全桥）功率电路每个功率开关以1/2时钟频率驱动，电路的开关频率就是时钟频率。变压器和单个功率开关和单个整流器都以“变压器频率f T”工作,它是开关频率的一半。电路输出滤波工作在开关频率。
7.1.7 占空度
占空度D定义为功率开关导通时间T on与开关周期T的比：D=T on/T。
在单端正激变换器中，这很容易明白。但在双端双路交错正激和推挽类变换器中，时常发生混乱。例如，双端双路交错正激变换器中，对于每一路，在输入电压最低U i min时最大占空度约为0.45，每路变压器在45％时间内传输功率，传输总功率的一半。而对输出滤波电感占空度则为0.9。在半桥电路工作于最低电压时，占空度接近90％（D=0.9）。变压器在90％的时间传输功率，90％时间电压脉冲加在输入滤波器上等等。但对于单个功率开关和单个整流器，总是交替导通，占空度仅45％。输出滤波器可以看成D=0.5T on/0.5T=T on/T。在整个电源设计中，应保持D的定义一致。
正激或推挽类变换器稳态时，当输入电压变化时，反馈控制电路根据输入电压的变化反比改变占空度D，以维持输出电压的稳定U o=U2’D。U2’≈U i/n－滤波器输入电压，等于变压器次级电压减去整流二极管压降。因此
磁性材料的基本特性
一.磁性材料的基本特性
1.磁性材料的磁化曲线
磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。
2.软磁材料的常用磁性能参数
∙饱和磁感应强度Bs: 其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列；
∙剩余磁感应强度Br: 是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值. 矩形比: Br/Bs；
∙矫顽力Hc: 是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）；
∙磁导率m:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关；
∙初始磁导率mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp；
∙居里温度Tc: 铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性, 该临界温度为居里温度. 它确定了磁性器件工作的上限温度；
∙损耗P: 磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P=Ph+Pe=af+bf2+cPeμf2t2/,r 降低磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率r；
开关电源变压器磁芯材料的选择 2019
开关电源变压器磁芯材料的选择
软磁铁氧体，由于其价格低、适应性能和高频性能好等特点，所以被广泛应用于开关电源中。
软磁铁氧体，常用的分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两大系列，锰锌铁氧体的组成部分为Fe2O3,MnCO3,ZnO,它主要应用在1MHz以下的各类滤波器、电感器、变压器等，用途广泛。而镍锌铁氧体的组成部分为Fe2O3,NiO,ZnO等，主要用于1MHz以上的各种调感绕组、抗干扰磁珠、共模天线匹配器等。
在开关电源中应用最为广泛的是锰锌铁氧体磁芯，而且视其用途不同，材料选择也不同，用于电源输入的滤波器部分的磁芯多为高磁导率磁芯，其材料牌号多为R4K~R10K，即相对磁导率为4000~10000左右的铁氧体磁芯，而用于主变压器、输出滤波器等多为高饱和磁通密度的磁性材料，其中Bs为0.5T(即5000GS)左右。
磁性材料基本特性
一.磁性材料的基本特性
1. 磁性材料的磁化曲线
磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。
2. 软磁材料的常用磁性能参数
饱和磁感应强度 Bs: 其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列;
剩余磁感应强度Br: 是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值. 矩形比: Br/Bs;
矫顽力Hc: 是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等);
磁导率m:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关
初始磁导率mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp
居里温度Tc: 铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性, 该临界温度为居里温度. 它确定了磁性器件工作的上限温度
损耗P: 磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P=Ph+Pe=af+bf2+cPeμf2t2/,r 降低磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率r
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
剩余磁感应强度：是磁滞回线上的特征参
数，H回到0时的B值 。
磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与
H的比值，该数值与器件工作状态密切相关。
12
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度
升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消 失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。 它确定了磁性器件工作的上限温度。 初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率 μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导 率μp。
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
谢谢观看
18
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
wenku.baidu.com
开关电源中的磁性材料
1
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
开关电源中的磁性材料
• • • • 引言 开关电源中磁性元件与磁性材料的关系 磁性材料的分类 不同磁性材料的性能及应用
2
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
目前，航天与空间技术、计算机与通信技 术中，开关电源的应用较为广泛，逐渐占据 了主要位置，它具有功率小，效率高 （70~90%），稳压范围宽及体积小，重量 轻等特点。开关电源中的磁性元件是决定电 源效率，品质的关键因素。
铁氧体
低 一般 低 低
磁芯粉
一般 低 高 较高
6
硅钢 金
高
低
低
高
本 活 动 奖 品 由 返回 Q 衣 族 提 供
磁性材料主要是指由过渡元素铁、钴、镍及其 合金等组成的能够直接或间接产生磁性的物质. 磁性材料从材 质和结构上讲， 分为“金属及 合金磁性材料” 和“铁氧体磁 性材料”两大 类，铁氧体磁 性材料又分为 多晶结构和单 晶结构材料。
10
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的， 在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁 感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁 化曲线。
11
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
2. 软磁材料的常用磁性能参数
饱和磁感应强度：其大小取决于材料的成分，
非晶态软磁材料，这里介绍两种 首钢冶金研究所磁芯，AI恒导磁铁 基非晶，以AI-50（带有间隙）为代 表，具有高饱和磁感、高线性磁导 率、低高频损耗、良好的频率特性 和温度稳定性。适用于高频滤波扼 流圈、差模滤波器。另一种非晶态 软磁材料是CA钻基非晶，以CA-L为 代表的高频低损耗磁芯，适用于高 频开关变压器。 17
软磁相框
9
软磁年历 本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
软磁包括硅钢片和 软磁铁芯；硬磁包括 铝镍钴、钐钴、铁氧 体和钕铁硼，这其中， 最贵的是钐钴磁钢， 最便宜的是铁氧体磁 钢，性能最高的是钕 铁硼磁钢，但是性能 最稳定，温度系数最 好的是铝镍钴磁钢， 用户可以根据不同的 需求选择不同的硬磁 产品。 返回
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
超微晶软磁材料，首钢冶金研究所 的铁基超微晶磁芯已应用在航天电源产 品中，FUM低损耗类，具有高频损耗低 高饱和磁感用强度，低矫顽力的特性， 工作频率在1-300KHz；适用于高频变换 器、逆变器、开关变压器。FUZ高矩形 比类，具有高饱和、高导磁率、高矩形 比的特性，适用于高频磁放大器，磁开 关尖峰抑制器。FUL低剩磁类，具有高 脉冲磁导率、低损耗、低剩磁的特性， 适用于单极性脉冲变压器，开关电源、 16 斩波器。 本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
14
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
金属磁粉芯与磁性材料，由于金 属软磁粉末被绝缘体包围，形成分散 气隙，因而大大降低了金属软磁材料 的高频涡流损耗，使磁粉芯具有抗饱 和特性和宽的频率响应，适合于制作 谐振电感，功率因数校正电感、输出 滤波电感、EMI抗干扰电感。 其特点：饱和磁感应强度高，能工 作于大电流下，性能稳定可靠，磁导 率具有优异的频率特性，线性温度系 数，环形结构具有极低的电磁辐射， 15 机械强度大，可直接绕较粗的漆包线，
13
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
铁氧体磁性的主要特点是电阻率远大 于金属材料，这抑制了涡流的产生，是铁 氧体磁性能应用于高频领域。按配方把高 纯粉状的氧化物混合均匀，在经过煅烧， 粉碎，造粒，模压成型，在高温（10001400℃下烧结而成）低损耗FP系列磁芯 适用于开关电源中DC/DC变换器的主变压 器和输出平滑滤波扼流圈；高磁导率FH 系列磁芯适用于开关电源中脉冲变压器和 噪声滤波电感。
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
开关电源电路中用到的磁性材料种类 很多，有铁氧体，磁粉芯，合金带（或 片），非晶态，超微晶软磁材料。合理 选用不同的软磁材料，是优化设计的重 要途径。几种磁性材料特性做大致比较 见下表：
超微晶
高频损 耗 磁导率 矩形比 饱和磁 低 高 较高 高
非晶态
低 一般 高 高
3
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
在我们的日常生活中， 磁性材料也是无处 在．以汽车为例， 从启动机到电动车窗、 雨刷器等等，一辆汽 车要用数十个大大小 小的电动机，而要制 造电动机，需要大量 的永磁材料作为定子、 软磁材料作为转子；
4
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
开关电源中用到的磁性元件有高频扼 流圈，开关变压器，磁性放大器，脉冲变 压器，过滤电感等，这些磁性元件所选用 磁芯材料直接影响着开关电源的效率和性 能。开关变压器是开关电源的核心元件之 一，选择合适的磁性材料是开关变压器设 计的关键对应不同工作状态的开关电源变 压器，由于磁芯工作在磁化曲线的不同区 域，应选用相应特征的磁性材料。开关变 压器的主要目标是提高效率，降低损耗， 而磁芯的损耗主要由于磁滞损耗和涡流损 耗造成。 5
7
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
从应用功能上讲，磁性材料分为：软磁材料、 永磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等等种 类。 磁性材料从形态上讲。包括粉体材料、液体 返回 材料、块体材料 、薄膜材料等。
8
本 活 动 奖 品 由 Q 衣 族 提 供
磁性材料现在主要分两大类，一类是软磁，一类 是硬磁；