铁氧体磁芯_经典

V为磁心的体积 ( m3 )
9. 功率损耗Pc (kW/ m3)
磁心在高磁通密度下的单位体积损耗或单位重量损耗。 该磁通密度可表示为
Bm = E/ 4.44f NAe
式中 Bm为磁通密度的峰值 ( T ) f 为频率 ( Hz )
N为线圈匝数
Ae为有效截面积 ( m2 ) E为励磁电压有效值 (V)
更高的使用频率（1）:功率材料
FERROXCUBE： 3C90 (fmax=300kHz) 3F35 (fmax=1MHz ) 3F5 (fmax=4MHz ) 3F3 (fmax=500kHz) 3F4 (fmax=2MHz )
更高的使用频率（2）: 高磁导率材料（更高的阻抗）
更宽的使用温区（1）：功率材料 TDK：PC40（80~110℃损耗较低） PC95 （25~120℃损耗较低）
式中 L为装有磁心的线圈的电感量(H) N为线圈匝数 le为有效磁路长度(m)
Ae为有效截面积 (m2 )
开气隙提高了磁心抗饱和的能力
3. 饱和磁通密度Bs ( T ) 磁化到饱和状态的磁通密度。 4. 剩余磁通密度Br ( T ) 从饱和状态去除磁场后，剩 余的磁通密度。
5. 矫顽力Hc( A/ m )
开关电源常见的三种电路类型为：回扫型、正向型、 推挽型：
三种电路的优缺点
根据电路类型选择适宜的磁心类型
可传ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ功率
磁心规格和输出功率的关系（100kHz开关电源）
材料性能因子 由铁氧体磁心制成的变压器，其通过功率直接正比于 工作频率f和最大可允许磁通密度Bmax的乘积。很明 显，对传输相同功率来说，高的（f×Bmax）乘积允 许小的磁心体积；反之，相同磁心尺寸的变压器，采 用高（f×Bmax）的铁氧体材料，可传输更大的功率。 我们将此乘积称为“性能因子”（PF），这是与铁氧 体材料有关的参数。
更宽的使用温区（1）：高磁导率材料 TDK：H5C2（室温以上使用） H5C4（零下30可 使用）
更小的体积和重量
更低矮的安装高度
顺应世界铁氧体材料发展趋势的NCD研发体系
NCD铁氧体材料和世界各主要厂商材料对应关系
铁氧体磁心的典型应用
信号处理（ADSL及LAN宽带变压器） 功率转换（开关电源、LCD背光源逆变器、汽车电 子 、绿色照明） EMI抑制（共模扼流圈、EMI滤波器） 大磁心的应用（逆变焊机、高频感应加热）
冷阴极射 线管 (CCFL)
LCD背光源逆变器
晶体管 扼流圈 IC 电阻 片式电感
升压变压器
1推2（2合1）式
升压变压器主要技术要求： 在50 ~100kHz内有低的损耗，损耗温度系数为负值， 低矮轮廓，高尺寸精度 适合的材料为LP3、LP3A、LP9 适合的磁心形状为EFD、EE 、EI、CI、UI
磁畴及磁化过程
磁化曲线及磁滞回线
软磁铁氧体的主要技术性能参数 1、初始磁导率μi 初始磁导率是磁性材料的磁导率 (μ= B/H) 在磁 化曲线始端的极限值，即
式中
μ0为真空磁导率(4π×10-7 H／m) H为磁场强度(A／m) B为磁通密度( T )
磁导率和磁化曲线的关系
2. 有效磁导率μe 为了绕制的方便，在变压器及滤波器等器件中, 常采 用两只形状相同的磁心配对构成闭合磁路。由于磁路各部 份形状尺寸不同，且配合面不可避免有残余气隙 (为改善 性能, 有时在磁路人为开制气隙), 因此要用有效磁导率来 表征磁心的性能。
EFD型: 很低的结构高度； 很高的传输功率密度； 包括 SMD骨架在内的范围很全的配件。
EP型: 立方体设计有利于高密度装配； 优良的磁屏蔽； 易于设计多路输出变压器。
ER型: 圆形中心柱； 边侧腿带有圆弧； 为获得更小的尺寸，备有SMD骨架和卡箍； 中等的磁屏蔽效果。
ETD型： AC/DC 转换器的最佳形状； 开关电源变压器最高频率可到200kHz； 传输一定功率的最小体积和重量； 高效率的安装部件； 中等的磁屏蔽。
种类繁多的软磁铁氧体磁心
软磁铁氧体的主要用途 主要制成磁心用于各种电感器、变压器、滤波器和扼 流圈的制造，广泛应用于现代电子信息领域，如电脑 及其外部设备、办公自动化设备、数字通信和模拟通 信设备、互联网、家用电器、电磁兼容设备、绿色照 明装臵、工业自动化和汽车、航空、航天及军事领域。
软 磁 铁 氧 体 具 有 广 泛 的 用 途
信号处理 1、ADSL宽带变压器 2、LAN接口变压器
1、ADSL宽带变压器（Wideband transformer)
ADSL （非对称数字用户传输线） 通讯原理图
主要功能：阻抗匹配及隔离 主要技术要求： 宽频带 （20kHz~1.1MHz） 低IL（Insert Loss，插入损耗） 低THD（Total Harmonic Distortion，总谐波失真 系数） 低IL和THD是保证ADSL传输距离、避免数据误差 的关键因素
功率转换 1、开关式电源（AC-DC、DC-DC、DC-AC） 2、LCD背光源逆变器 3、混合动力汽车DC-DC转换器 4、绿色照明用电子镇流器
1、开关式电源
各种各样的开关电源和适配器
典型的开关电源电路及用于其中的磁性器件
开关电源基本电路原理：交流输入先经过EMI滤波电 路，然后经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关 斩波电路变换成高频交流电，通过主变压器变压、隔 离后，由快速恢复二极管高频整流，再经过扼流圈、 电容滤波后输出平滑直流。
软磁铁氧体的定义及特征 软磁铁氧体是可表示为下列分子式的尖晶石晶体结构的 磁性材料：
MeO· Fe2O3 式中Me代表锰、镍、锌、铜、镁、钴等二价金属离子。
软磁铁氧体的主要优点 电阻率远大于金属磁性材料，这抑制了涡流的产生， 使铁氧体能应用于高频领域；采用陶瓷工艺易于制成 各种不同的形状和尺寸；化学特性稳定、不生锈；较 低的制造成本。 软磁铁氧体的主要缺点 饱和磁通密度较低，质地脆，易碎。
U型: 简单、经济的形状； 可拼接使用于更大的功率； 大的尺寸； 没有自屏蔽效果。
环形(Ring) 简单经济的形状； 非常低的杂散磁通和漏感； 不容易绕线。
软磁铁氧体的发展趋势
更高的磁导率 更低的损耗 更高的饱和磁通密度 更高的使用频率 更宽的使用温区 更小的体积和重量 更低矮的安装高度
更高的磁导率 TDK：H5C2 (μ=10000) H5C5 (μ=30000)
从饱和状态去除磁场后，磁 心继续被反向的磁场磁化， 直至磁通密度减为零，此时 的磁场强度称为矫顽力。
6. 居里温度Tc (℃ ) 在该温度下材料由铁磁性(或亚铁磁性) 转变成顺磁性。
7. 电阻率ρ (Ω/m) 具有单位截面积和单位长度的磁性材料的电阻。 8. 密度d (kg/m3 ) 单位体积材料的重量，即 d = W/V 式中 W为磁心的重量 (kg )
功率损耗的构成 磁滞损耗Ph、涡流损耗Pe和剩余损耗Pr之和构成功率损耗： Pc＝Ph＋Pe＋Pr＝f ∮BdH + Cf 2Bm2/ρ+ Pr 功率损耗又可用经验公式表示： Pc = C f a Bmb 式中C为常数，f为工作频率，Bm为工作磁通密度，对于常 见的功率铁氧体材料而言，a为1.2，b约为2.5。
功率铁氧体的PF特性
主变压器磁心技术要求： 在工作频率范围内和工作温区内（一般为80至100℃， 便携式为40至70℃）有低的功率损耗，且温度系数为 负值；高饱和磁通密度。 适合的材料： LP3 (＜200kHz, ~ TDK PC40) LP3A (＜300kHz，高性能，~TDK PC44) LP5 (300kHz—1MHz，~TDK PC50) LP9 (＜300kHz，宽温，~TDK PC95)
P(罐)型： 优良的磁屏蔽； 各种材料和尺寸规格齐全； 不易装配和安装； 引出线困难； 用作电源隔离困难。
PQ型: 圆形实心中柱及圆的绕线空间； 矩形的外部设计； 磁心对的顶部和底部均为完全平面，与散热器可有良 好的热接触； 良好的磁屏蔽。
RM型: 标准化的规格； 配件范围齐全； 易于自动化绕线； 简单的安装系统； 有效利用 PCB 面积； 较宽的出线槽口； 良好的磁屏蔽。
H5C3 (μ=15000)
更低的损耗 TDK： PC30 (Pcv=600kW/m3) PC44 (Pcv=300kW/m3)
PC40 (Pcv=410kW/m3) PC47 (Pcv=250kW/m3)
更高的饱和磁通密度
FDK：6H20 (Bs=390mT) 4H47 (Bs=470mT) 4H45 (Bs=450mT) 4H50 (Bs=500mT)
关于THD： 定义THD=20lg（V3/V1） V1为基波的振幅，V3为三次谐波的振幅 THD∝ ηB·CDF ηB（材料磁滞系数）：与材料损耗特性有关 CDF（Core Distortion Factor，磁心失真因数）：与 磁心形状及尺寸有关
适合的材料： 高磁导率（~4000至10000）、低THD/低ηB （~0.2×10-61/mT）材料如： ACME: A101 FERROXCUBE: 3E55 TDK：DN70 NCD: HPX（预研中） 适合的磁心：EP、EPO、EPX（镜面研磨、中心柱 开贯通气隙）
铁氧体磁心及其应用
提纲
软磁铁氧体材料及磁心基础知识 软磁铁氧体的发展趋势 铁氧体磁心的典型应用
软磁铁氧体材料及磁心基础知识
磁性材料的分类 硬磁 (永磁) 材料—— 金属永磁(NdFeB/SmCo/AlNiCo) 永磁铁氧体 (Sr/Ba) 软磁材料—— 金属软磁 (Fe/FeNi/FeSiAl/非晶态合金/微晶/ 纳米晶) 软磁铁氧体(MnZn/NiZn/MgZn) 旋磁材料—— 旋磁铁氧体(尖晶石系/柘榴石系/六角晶系） 矩磁材料—— 磁纪录材料(γ-Fe2O3/CoO)
软磁铁氧体制造工艺流程 按照预定的配方称重，把高纯、粉状的氧化物 (如 Fe2O3、Mn3O4、ZnO、NiO、MgO等 ) 混合均匀，再 经过预烧、粉碎、造粒，模压成型为毛坯，在高温 (1200℃—1400℃)下烧结，再通过磨削加工、检查和 包装获得成品。
软磁铁氧体的机理
放大500倍
磁心的显微结构
10. 电感因数AL ( nH / N 2 )
电感因数定义为具有一定形状和尺寸的磁心上每一匝 线圈产生的电感量，即
AL = L / N2 式中 L为 装有磁心的线圈的电感量 (H) N为线圈匝数
NCD MnZn软磁铁氧体材料分类 1、LP系列功率铁氧体材料，主要用于开关电源 变压器、扼流圈及其它功率转换领域，包括 LP1、LP3、LP3A、LP4、LP5、LP9、 LP13等。 2、HP系列高磁导率铁氧体材料，主要用于EMI 滤波器和数字通讯领域的宽带、脉冲变压器， 包括HP1、HP2、HP3、HP3A等。
NCD
功 率 铁 氧 体 材 料 特 性
NCD高磁导率铁氧体材料特性
常用铁氧体磁心的特点： E (EE、EF、EI): 简单、经济的形状； 方形截面不易绕制粗线； 磁心有效面积较大； 磁屏蔽较差。
平面E型(Planar EE、Planar EI): 低矮结构； 小的漏磁通； 寄生特性的重复性很好； 易于装配； 节省成本； 可靠性高； 热特性好，易于散热。
3E55—特别适合ADSL应用的低THD材料
THD和温度的关系(10mT,25kHz)
EPO,EPX等EP改进型磁心具有更低的CDF
2、LAN（局域网）接口变压器
主要功能：阻抗匹配、EMI抑制 主要技术要求： 最小的器件体积 100kHz高电感量 0~70℃高直流叠加特性（Idc~8mA） 适合的材料： 高磁导率、高饱和磁通密度之“双高”材料，如 FERROXCUBE：3E28 TDK：DN50 EPCOS：T55 适合的磁心：H2.54/1.27 mm 至3.94/2.24mm磁环
2、LCD背光源逆变器（LCD backligting inverter)
LCD TV图像显示原理
液晶电视是将红蓝绿的滤光膜贴在黑白两色的液晶上，荧光灯从其背后照射液 晶而表现图像的，上图是液晶显示出T字母的样子。
液晶显示用各种器件
LCD模组用框架 冷阴极射 线管 (CCFL)
LCD面板 接口电路 背光单元 背光源逆变器 （Backlight Inverter）