磁性元件介绍

CGS to SI
10-4
A/m安/米
Oersted奧斯特
1000/4
4 ·10-7
1
4 ·10-7
m2
cm2
10-4
m Weber A-T(安-匝)
cm Maxwell(麥克斯 偉)
Gilbert
10-2 10-8 109 /4
Henry
Henry
1
SI: International system of units CGS: Centimeter-gram-second
Composite Magnetic Powder for High Flux Density Material
2006
2007
2008
2009
2010
Year 2011
9). SMT Power Inductor Roadmap
(A) 70
(H) Height ( mm ) Curr3ent ( A )
Example for Class I PWB
爬電距离和電气間隙
A 爬電距离 creepage distance 沿絕緣材料表面測得的兩個導電零部件之間或導電零
部件与設備界面之間的最短距离﹒ B 電气間隙 clearance
在兩個導電零部件之間或導電零部件与設備界面之間 測得的最短空間距离﹒ C 界面 bounding surface
試 驗﹐被划分為以下四個等級﹕
1. 94V-0級 2. 94V-1級 3. 94V-2級 4. 94HB 級﹒
設備的防電保護類別﹕
I類設備 class I equipment 用下列方法來獲得防電擊保 護性能的設備
a﹒采用基本絕緣 b. 還要裝有一种連接裝置﹐使那些在基本絕緣一旦 失效就會帶來危險 電壓的導電零部件与建筑物配線 中的保護接地導体相連﹒
Lm
Rp
Rs
Real model C
i1
i2
im
N1
U1 Lm
N2 U2
Leakage inductance
i1
im
Ns Np
i2
i1
Loss, C
Ls
im
N1
U1
Lm
i2
N2 U2
i1
C
i2
Ls
im
Rc
N1
N2
Lm
Rp
C
Rs
Rp, Rs: winding resistances --- winding loss Lk: leakage inductance --- circuit performance Lm: magnetizing inductance of primary winding C: inter-winding capacitance --- EMI Rc: equivalent core resistance --- core loss
C 附加絕緣 supplementary insulation 除基本絕緣外另施加的獨立 的絕緣﹐用以保証在基本絕緣一旦失效時仍能防止電擊﹒
D 雙重絕緣 double insulation 由基本絕緣加上附加絕緣构成的絕 緣﹒
E 加強絕緣 reinforced insulation 一种單一的絕緣結构﹐在本標准 規定的條件下﹐其所能提供的防電擊的保護等級相當于雙重絕 緣﹒
Flux density Field intensity Permeability(space)
Cross area Path length
Total flux
Magnetomotive force Inductance
Symbol B H 0 Ae le
F,mmf L
SI
Tesla特斯拉
CGS
Gauss高斯
電气防護外殼的外表面﹐可以認為就像在可触及的 絕緣材料表面上壓貼了金箔那樣的表面﹒
安規基本知識
安規距離
Hale Waihona Puke :Creepage distances;
:Clearances
材料的耐燃等級分類flammability classification of materials
安規塑膠材料耐燃等級的區分方法及測試條件 指對除金屬或陶瓷以外的材料進行引燃特性或 阻燃特性的鑒別﹒按“防火試驗“的條件進行
1MHz 1MHz(MnZn) 1~50MHz(NiZn)
1MHz ~250MHz
1MHz 1MHz(MnZn) 1~500MHz(NiZn)
100KHz
Inductor
8).Magnetic material ROADMAP
Material Technology
Composite Magnetic Powder
鐵氧体磁性材料
鐵氧体軟磁材料 鐵氧体永磁材料 鐵氧体旋磁材料 鐵氧体矩磁材料 鐵氧体壓磁材料
Mn-Zn-Fe Ni-Zn-Fe Sr-Fe Ba-Fe ***矩磁,電子可按軌道自旋 ***旋磁,電子可視為始終處于自旋狀態
***合金磁性材料&鐵氧体磁性材料，均分为軟磁材料&永磁材料。
3).常用磁心材質介紹
6).Core Shape
RM
PQ
P
EP
UYF
URS
Core Shape
EE
EI
ETD
ED
EPC
EFD
Core Shape
UI
UU
Planar
T
UU SP/SQ
7).铁氧体Ferrite材質的應用要求
應用範圍
濾波電感 功率變壓器 脈動變壓器
轉換器 雜訊濾波器 電流變壓器 寬頻變壓器 返馳變壓器
➢ Typical transformer materials
Material basis
Coamorphous
77% Co
Fe-amorphous
MnZn Ferrite
Nanocrystallin e 納米晶
79% Fe
MnZn
73.5% Fe
e
Pfe (W/Kg)
( f=20kHz, B=200mT )
II類設備 class II equipment 防電擊保護不僅依靠基本 絕緣﹐而且還采取附加安全保護措施（例如雙重絕緣 或加強絕緣）的設備﹐這類設備無保護接地的保護措 施﹐暨不依靠安裝條件的保護措施﹒
100 Favorable
120 Medium
4).常用材質的性質比較
特性
鐵損 導磁率 飽和磁通 溫度影響 加工性 價格
非晶質合金 (Amorphous)
優 優 優 普通 劣 普通
導磁合金 (Permalloy)
普通 優 普通 優 優 普通
鐵氧體 (Ferrite)
優 優 劣 普通 優 優
5).磁性材質參數與轉換關系
Varnish
Curing
Function Test
Wrap Tape
Curing
Solder
Appearance
Marking
Function Test&packing
Inter-layer
Pins focused &HI-Pot Test
ASSEMBLY CASE
CHOKE PRODUCTION PROCESS
F 工作電壓 working voltage 當設備在其額定電壓下並在正常使用 的條件下工作時﹐所考慮的絕緣体所承受到的或能搆承受的最 高電壓﹒（2.2.7）
G 漏電起痕 tracking 固体絕緣材料表面由于受到電應力和電解質 污染物的聯合作用而在該表面逐漸形成導電通路的過程﹒
安規基本知識
絕 緣 種 類-
N1i1 N2i2 if im 0
U1 N1 U2 N2 if Rp , Rs , Lk are low enough
5.變壓器電感器制造流程簡介
Transformer Production Process
Winding
Trimming
Solder
Dotting epoxy &Ass’y Core
Bs Br
-Hc
+Hc
-Br -Bs
➢ Irreversible ➢ Hysteresis
Bs: Saturated flux density ( r = 100) Br: Remanent flux density ( H = 0) Hc: Coercive force ( B= 0 )
其中:真空導磁率u0
種類
特性要求
MnZn,NiZn
高u,高Q,高穩定性
MnZn 高Bs,低損失,高u,居里溫度高
MnZn,NiZn
高u,低損失
MnZn MnZn,NiZn
MnZn
低損失,高Bs 超高u,高Bs 高u,高Bs
MnZn,NiZn
高u,低損失
MnZn,NiZn
高u,高Bs,低損失
應用頻率
1MHz(MnZn) 1~100MHz(NiZn)
Pfe (W/Kg)
( f=100kHz, B=200mT )
Bs (T)
2000~3000 2 40 0.8
4000~8000 18 105 1.55
1500~2500 9 110
0.4~0.5
2000~3000 1.4 35 1.2
Tmax (℃) Price
120 High
120 Average
Contents:
1.磁性材料在電源中的應用 2.電磁學原理 3.磁性材料介紹及發展趨勢 4.變壓器原理 5.變壓器電感器制造流程介紹 6.變壓器相關安規知識介紹 7.變壓器電感器常見品質問題
1.磁性材料在電源中的應用
DM filter
PFC inductor
Transformer
Output choke
60
50
40
35
30
1.2 20
10
60 3
50
45
2
40
High Current
2
Low Profile
1.0 0.8 0.7
1
1 0.6
0 2007
2008
2009
2010
0 2011
4.變壓器原理
i1
i2
U1 N1
N2 U2
Limited
Ideal model
i1
C
i2
Ls
im
Rc
N1
N2
B
軟磁磁滯曲線
H
硬磁磁滯曲線
2).磁性材料种类
合金軟磁材料
镍铁合金 硅鐵合金 非晶合金
(Ni 鋼片 ) (Si 鋼片 )
合金磁性材料
合金永磁材料
AI Mo Co
合金永磁
AI Ni Co
磁鋼
Co鋼
稀土金屬永磁
合金半永磁材料
磁滯電机轉子 電子開關
存儲. 器
無機磁性材料
合金矩磁材料 合金磁致伸縮材料
金屬磁性薄膜 合金矩磁
一﹒范圍﹕
1﹒本標准适用于額定電壓不超過600V的信息設備﹑包括電 气設備和与之相關的設備﹒如﹕數据和文件處理設備﹐ 個人計算机﹐直觀顯示裝置﹐數据預處理設備﹐打字机 等﹒
2﹒對于下列設備﹐可能需要在本標准所規定的那些安全要 求中附加一些要求－－預定要暴露在諸如較高或极低溫 度﹑過量粉塵﹑高濕度或劇烈震動﹑可燃气体﹑腐蝕或 易爆環境條件下工作的設備,与患者人体直接連接的醫用 電子設備﹒
l
Hl NI
Faraday’s Law
S N
e
Edt N
E N t
Magnetization Curve
a
Nonmagnetic
b a
Reversible stage c
b
Jumping stage Irreversible stage Saturated stage
Hysteresis Loop
WINDING
TESTING TR
ASSEMBLY BASE
DOTTING EPOXY
MARKING
SOLDERING
SKIN
CUTTING PIN
CURING
APPEARANCE
PIN FOCUSED
HI-POT
FUNCTION TEST
PACKING
6.變壓器相關安規知識介紹
IEC950簡介
3﹒本標准不适用于－－保障設備﹒例如﹕空調﹑火情探測 或滅火系統﹔電源系統﹒例如﹕不与設備构成一体的電 動發電机組和變壓器﹑建筑物分支線路和布線﹒
二.基本概念
絕緣﹕
A 工作絕緣 operational insulation 設備正常工作所需的絕緣﹒
B 基本絕緣 basic insulation 對防電擊提供基本保護的絕緣﹒
AC 230V
User accessible circuit
基本絕緣 補充絕緣
Example for Class II PWB
安規基本知識
絕 緣 種 類-
L Primary
N
Secondary
PE
Ground
basic insulation double or reinforced insulation
uo = 4 π *10 -7
磁性材料导磁率
絕對導磁率 初始導磁率 振幅導磁率 增量導磁率 有效導磁率
3.磁性材料基本介紹及發展趨勢
1).磁性材料分類:
磁性材料主要分為:軟磁材料和硬磁材料. (1). 軟磁材料的主要特點是易磁化易退磁,大部分的軟磁材料常容 易被磁化,施加很小的磁場,即可使之磁化飽和而得到飽和磁化量, 一旦外加磁場消失,感應磁化隨即消失,材料本身無保持磁化的能力, 此類材料被稱為軟磁材料。 (2). 硬磁材料的主要特點與軟磁相反,經飽和磁化後當外磁場去除 時磁性並不完全消失,而能在較長時間內仍保留相當強的磁性，此 類材料被稱為永磁材料。
CM filter
D2D
L
Magnetics play an important role in size, weight, cost, loss,EMI ...
Server PS DC/DC Modules
2.電磁學原理
Ampere’s Law
I1 I = I1-I2
I2 H
F Hdl I