软磁材料性能

非晶 3～150K 0.55～1 0.003～3
纳米晶 ＞100K 570 1.3
500~750 210～485
0.3～0.5
0.05～0.5
0.003～3 8 80 4000 10-5
5 10 25 10～108
1M
ρ（Ω· cm）
1.4×10-4
1.3×10-4
三、软磁铁氧体材料的优缺点
1、优点：
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
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
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
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
μi
tanδ /μi
(×10-6)
α μ r（×10-6℃）
（20—60℃）
⑤、我公司功率铁氧体材料 命名方法 DMR 40
东磁
＜100KHZ
软磁 号码
普通 高Bs
东磁材料
DMR30 DMR30D DMR22 DMR40 工作点100℃ DMR44
TDK材料
Pc30 Hv22 Pc40 Pc44 Pc46 Pc95 Pc90
普 通 频 率 工 作 频 率 100K~250KHZ
CF196 SM-19B BM18/BM25 BM27 15G
2、高导铁氧体
①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。 ②发展方向：高μ i、宽频、宽温、低THD ③高导铁氧体的几个主要指标
A、 起始磁导率及电感系数 B、 μ i— T特性，温度系数 C、 μi— f特性 D、 比损耗特性 E、 THD特性
金属磁性材料
非金属磁性材料
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 μi Tc(℃) Bs(T) Hc(θe)
10K tgδ/μi (×10-6)
100K
铁氧体 5～20K
100～500
合金 5～300K 500
0.8～2.4
金属粉芯 5～450 1～1.2 25 30 100 10~104
普通
普通 低功耗 宽温 高Bs 高Tc
工作点45℃
DMR95 DMR90
DMR46
中 高 频 高 频
250K~500KHZ
DMR55 DMR56
500K~1MKHZ
普通 高Bs
DMR50 DMR50B
Pc50
⑥、各大公司功率铁氧体材料牌号对照表
TDK公司牌号 DMEGC(东磁公司) FDK TOKIN SIEMENS(EPCOS) PC30 DMR30 6H10 3100B N41 HV22 DMR30D 5H20 2500B N92 PC40 DMR40 6H20 BH2 N67 3C91/3C9 4 SB-7C 2E7 F44 PC44 DMR44 6H40 BH1 N97 PC50 DMR50 7H10/7H20 B40 N49 BH5 DMR5 5
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PL
高的Tc
防发热
防过热矢效
对磁导率μ i要求不太高
④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
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tanδ 会变小，但 tan/i 不变
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
居里温度（℃）
R4K
4300±25%
＜10
—0.5—2
＞150
R5K
5000±25%
＜15 ＜30
—0.5—2 —0.5—2
＞140 ＞125
R7K
7000±25%
R10K
10000±30%
ຫໍສະໝຸດ Baidu
＜7
—0.5—2
＞120
R12K
12000±30%
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 Mg-Zn 性能 电阻率高、Bs低 使用频率 一般＜25MHZ 材料成本 低 工艺特点 烧结设备简单
B1
Mf196B
B5 B6 B3
Mf196A/Mf196 K2004 TSF-7070
B2 B4 F1
Mf198 K2006 TSF-7099 CF129 PL-7 NC-2H 45G
F2
Mf198A K2008 TSF-5080 CF138 PL-9 2HM5 35G 5M 75G 55G
CF101 PL-5 2M 25G
1
μ i –f特性与使用的关系：
截止频率以上材料的μ 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μ 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
μ i –f特性曲线图（R7K）
D、 损耗角正切特性
3
10
1
50mT
10
0
25mT
0 20 40 60 80 100 120 140
Temperature(℃）
功耗与温度关系图（DMR24）
500
f=500KHz/ B=50mT
400
Power Loss Pv(mw/cm )
3
300
200
100
0 0 20 40 60 80 100 120
Temperature(℃）
②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
③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：
Pth = c f Bmax Ae Wd Pth——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 Pth ∝ f Bmax Ae
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
上式说明：
a 工作频率f越大， Pth 越大 b 饱和磁通密度越高，Pth 越大 c Ae越大（磁芯体积越大），Pth 越大 d 在Pth 一定情况下减少电源体积（减少Ae）必须增大f或Bmax 即f×B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Pth 的提高，故引入参数Pc Pc = K fm Bn = f∮BdH＋Cef2B2/ρ ＋Pr f=10-100k m=1.3 典型值n=2.5 f＞100K m继续增 降低磁芯损耗：减Hc增ρ ，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，
Ni-Zn
Mn-Zn
电阻率高、晶粒小
电阻率低、μi高
一般1M-100M
一般＜1MHZ
高
低
烧结设备简单
需气氛窑烧结
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PC 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μ i高
铁氧体软磁材料的性能和应用
一、常用磁性材料的分类
分类 软磁Hc≤10A/cm
纯Fe Si-Fe Fe-Ni合金 Fe-Si-Al合金 非晶 纳米晶 软 磁 铁 氧 体 ： Mn-Zn 、 Ni-Zn、Mg-Zn
永磁Hc≥100A/cm
Al-Ni-Co系 Sm-Co系 Nd-Fe-B系 永磁铁氧体： Sr 铁氧 体、Ba铁氧体
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
B、μ i –T特性
意义：
材料的磁导率随温度的变化特性为μ i –T特性， μ i 在很 宽的温度范围内变化小即为宽温材料 μ i –T特性与使用关系：
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。 ①发展过程
70年代第一代 中国2KD TDK H35 PHILIPS 3C85 80年代初第二代 (DMR30)2KBD TDK PC30 EPCOS N27 80年代后期第三代 (DMR40)2KB1 TDK PC40 PHILIPS 3C90 90年代中第四代 DMR50 TDK PC50 PHILIPS 3F4 适于20KHZ 适于100K以下 适于250K以下 适于500K以上
①高电阻率10～108Ω · cm,而金属磁只有10-5左右 tanδ e∝f,高频下铁氧体有优势。 ②高频磁导率比金属磁性材料高，损耗低。 ③工作频率宽。
④磁芯易获得相应形状和功能 。
⑤成本低。
2、缺点：
①低Bs，单位体积储能少。
②导热差 ③抗拉强度小、脆、难加工，但金属易加工而需轧片或 细粉。 ④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。
PHILIPS
HITACHI/NIPPON TOMITA NEOSID MMG
3B8
SB-5S 2E6 F5A/F5C
3C92/3C93
SB-3L 2E6C F5
3C96
SB-9C 2E8 F45
3F35
SBIM
3F3
F47
LCC THOMSON
TRIDELTA KASCHKE TSC COSMOFERRITES SAMWHA NICERA ISKRA
μ 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μ i –T特性的因素： 材料的配方 制粉工艺 烧结工艺
μ i –T特性关系图（R7K）
C、 μ i –f特性
意义：
材料的磁导率随使用频率的变化关系即为μ i –f特性,当μ i 降低 2时 的频率为截止频率
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=N2AL
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
功耗与频率关系图：(DMR24）
10
4
10
3
200mT
Pcv(mw/cm )
100mT
10
2
3
50mT
10
1
100℃ 25℃
25mT
10
0
10
-1
10
1
10
2
10
3
Frequency(KHz)
功耗与温度磁通密度关系图（DMR24）
10
3
100KHz
200mT
Pcv(mw/cm )
10
2
100mT
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
μ 值达到居里温度后变为1，与不导磁物质同
饱和磁通密度与温度的关系曲线
560
520
Flux Density B(mT)
480
440
400 0 20 40 60 80 100 120
Temperature（ ℃）