磁性材料基本参数

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磁性材质介召：材质发展
在PC50后，TDK相继推 出超低功耗材料PC44，PC45， PC46，PC47，其功率损耗较 PC40降低了约1／4～1／3， 主要差别就在于功耗最低点温 度不同，PC45为60-80℃， PC46为40-50℃，PC47则是 100℃，它们有一个明显的缺 点，一旦偏离了功耗最低点， 损耗值急剧上升。
磁性材质介召：材质发展
表示小信号下材料的损耗特性,由于磁 芯损耗引起信号相移; tanδ= Rs/ωLs Rs 磁芯及线圈损耗的等效电阻； Ls 装有磁芯的线圈的自感量；
tanδ称损耗因子，表示损耗功率与无 功功率的比值，其磁芯损耗包括磁滞损耗、涡流损 耗、剩余损耗即： tanδ= tanδn + tanδe + tanδr
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磁性参数与测量：截止频率fr
截止频率fr 由于软磁材料畴壁共振和自然共振的影响， 随着频率提高，使软磁材料的μ值下降为起始 值的一半且μ″值达到峰值时的频率，称为截 止频率。
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磁性参数与测量：居里温度Tc
居里温度Tc
μ
i
μ
i
80%
μ
i
20%
μ
i
居里温度是磁性材料 从铁磁性到顺磁性的转 变温度，在这个温度磁 性材料的磁性将变得很 小或消失，它的表示方 式有很多，我们一般按 下图进行测量，即随着 温度升高，磁导率下降 到最大值的80%及20% 时，两点的联线，延长 到与温度轴的交点即为 居里温度。
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磁性参数与测量：磁损耗 （5）
3 大信号下的功率损耗Pc
为标准化PC的测量，通常情况下根据使用情况指定 测试频率与Bm，如： 16KHz 150mT; 25Khz 200mT ; 100KHz 200mT等
测量方法
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磁性参数与测量：磁滞回线 （1）
1 饱和磁感应强度Bs、剩余磁感应强度Br、 矫顽力Hc
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
磁性参数与测量：磁滞回线 （2）
1 饱和磁感应强度Bs、剩余磁感应强度Br、 矫顽力Hc
由于软磁材料在交变磁场中存在不 可逆磁化而形成磁滞回线。 如左图： Bs为磁化到饱和状态下的磁通密度； Br为从磁饱和状态去除磁场后，剩 余的磁通密度； Hc为从磁饱和状态去除磁场后，磁 芯继续被反向的磁场磁化，直至磁通密 度减小到零，此时的磁场强度称为矫顽 力。
（a）无外磁场情况 铁磁材料内部的 磁畴排列杂乱无章， 磁性相互抵消，因此 对外不显示磁性。
磁畴是怎么 形成的？
（b）有外磁场情况
磁畴因受外磁 场作用而顺着外磁 场的方向发生归顺 性重新排列，在内 部形成一个很强的 附加磁场。
铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子 电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内 就形成了一个个天然的磁性区域—磁畴。
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磁性材质介召：材质发展
以日本TDK公司的产品为代表，现代功率铁氧体经历了 四代： 70年代初开发的HC35材料 80年代初的H7C1（PC30）材料 80年代的H7C4（PC40）材料 90年代中的H7F（PC50）材料
最高20KHz 最高100KHz
最高300KHz
500KHz 中心
饱和磁感应强度Bs是把足够大的磁 场Hs加到磁性体后的自发磁化，即是饱 和磁化强度Ms有以下的关系： Bs=Ms+μ0Hs 式中μ0表示真空磁导率， μ0=4π×10-7H/m。 大部分的软磁铁氧体的Ms处于200500mT范围之间，而且在103-104A/m 的磁场内饱和。因此，μ0Hs的值为110mT可忽视，饱和磁感应强度可看作 与饱和磁化强度几乎相等。
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磁学常识：磁性来源2
B B
H
(A) (B)
H
B
B
H
(C)
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H
(D)
磁学常识：磁化曲线1
磁路部分
B
Br
Bs
φ
u
Hc
I
H
电路部分
H 磁场强度 B磁感应强度 Bs饱和磁感应强度 Br剩磁 μ导磁率
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H=NI/Le B＝μH Φ=BAe
Le有效磁路长度 μ导磁率
Hc矫顽力
指标名称
符号
单位
初始导磁率 μ i
测试条件 B<0.25mT
JR2KBF1 JR2KBF2
JR3KD
JR2KBH
JR2KBH2
2300 2400 300 380
3000 1800 2300
总功耗 W、mW 频率（如100KHz ) 重量功耗 mW/g 磁场（200mT） 410 3 功率损耗 P 体积功耗 mW/cm 温度（100℃）
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磁性参数与测量：磁导率温度稳定性
磁导率温度稳定性α μ
定义为：由于温度的改变而引起的被测量的相对变化 与温度变化之比。例：磁导率的温度系数为：
α μ =
μ 2－μ 1 μ 1（T2－T1）
式中：μ 1是T1温度时的磁导率，μ 2是T2温度时的磁导率 。因对于同一种软磁材料，其磁芯的α μ /μ i值是一个常 数。故常用α μ /μ i来表示温度特性。
磁性参数与测量：磁损耗 （2）
1 损耗因子tanδ
气隙对损耗因子的影响 磁芯开制气隙后，可以增加磁场和温度的稳定性，损耗因 子有所下降 （tanδ）gap = tanδ·μe/μi 比损耗因子 ，与材料几何尺寸无关，表示小信号下材料 的损耗特性；
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磁性参数与测量：磁损耗 （3）
2 品质因素 Q
磁性器件作滤波器的电感时，通常用品质因素Q来表示 它的质量； Q = 1/ tanδ Q与频率和绕组参数有关；
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磁性参数与测量：磁损耗 （4）
3 大信号下的功率损耗Pc
P = Ph + Pe + Pr (Ph、Pe、Pr表示磁滞、涡流、剩余损耗) 磁性材料在高磁通密度下的单位体积损耗。该磁通密 度通常表示为： Bm =E/4.44fNAe ×106（mT） 式中： Bm为磁通密度的峰值（mT） E为线圈两端的电压（V） f为频率（KHz），N为匝数 Ae为磁芯的有效面积（m2）
磁性参数与测量：磁导率μ （1）
1 起始磁导率μ
i
μ i是材料在弱场磁化过程中的一个宏观特性表示量。 是磁性材料的磁导率（B/H）在磁化曲线始端的极限值， 1 lim B μ i= B式中：
μ0
H→0
H
μ0为真空磁导率（4π×10-7H/m）; H为交流磁场强度（A/m）; B为交流磁通密度（T）(测试时应小于0.25mT)。
铁氧体软磁材料介绍
无锡斯贝尔：常彪
内容


磁学常识：磁性材料分类 磁学常识：磁性来源 磁学常识：磁化曲线 磁性参数与测量 磁性材料应用 磁性材质介召
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磁学常识：磁性材料分类
锰锌系材* 铁氧体磁芯 镍锌系材 镁锌系材 硅（矽）钢材 铁粉芯 合金类磁芯 铁硅铝合金 铁镍合金 钼坡莫合金 非晶、微晶合金
饱和磁化强度
90 110 410 mW/ mW/g g
390
Bs mT
磁场（11941/ m） 温度（100℃）
390
410
3
400
居里温度 Tc
℃
>215 >215 >216 >230 >215
4.8× 103 4.8× 103 4.8× 104 4.8× 10 4.8×103
密度
d g/cm3
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磁性材质介召：材质发展
日本TDK公司铁氧体材料性能表（功率铁氧体）
材料型号 初始磁导率 （μ i） 1400±25﹪ 2300±25﹪ 2400±25﹪ 2500±25﹪ 3200±25﹪ 2500±25﹪ 1400±25﹪ 磁芯损耗 （Pcv） Kw／m3 25℃ 60℃ 100℃ PC33 PC40 PC44 PC45 PC46 PC47 PC50 1100 600 600 570 350 600 130﹡ 800 450 400 250 250 400 80﹡ 600 410 300 460 660 250 80﹡ 饱和磁通量密 （Bs）mT 25℃ 60℃ 100℃ 520 510 510 530 530 530 470 440 450 450 440 390 390 420 410 420 380 居里温度 （Tc） ℃ ≥290 ≥215 ≥215 ≥240 ≥230 ≥230 ≥230
PC90
PC95
2200±25﹪
3300±25﹪
680
350
320
290
540
530
320
410
注：磁芯损耗的测试条件为：B=200 mT f=100KHz； 饱和磁通量密度测试条件为： H=1194A／m SPINEL ﹡ 500KHz 50mT
磁性材质介召：材质发展
SPINEL铁氧体材料性能表（功率铁氧体）
磁学常识：磁性材料分类
B）镍锌系 组成约为：Fe2O3 50%, NiO 24%, 其他为：ZnO 电阻率很高(107 ohm-cm)
工作频率高
铁心损耗较锰锌系高 居里温度高 型式：DR，R，环形等。 用途：常模滤波器、储能电感等
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磁学常识：磁性来源1
铁磁材料之所以具有高导磁 性，是因为在它们的内部具有一 种特殊的物质结构—磁畴。
oa段是线性段
起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的 高导磁性；c点以后说明铁磁材料具有 磁饱和性。
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磁学常识：磁化曲线3
高导磁性 磁导率可达102~104，由软磁材料组成的
磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较
大的磁通。
磁饱和性： B不会随H的增强而无限增强，H增大到 一定值时，B不能继续增强。 磁滞性和剩磁性 磁芯线圈中通过交变电流时，H的大 小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化的过 程中，B的变化总是滞后于H的变化，这种现象称为磁 滞性；当H减为零时B并不为零。
磁学常识：磁化曲线2
软磁材料反复磁化一周 所构成的曲线称为磁滞 回线。
B c
b a 0
bc段是磁化曲线的膝部
磁滞回线中B的变化总 是落后于H的变化说明 铁磁材料具有磁滞性；
C点以后是饱和段 ab段是上升段 起始磁化 曲线反映 了什么？
H
起始磁化曲线
磁滞回线中H为 零时B并不为零 的现象说明铁 磁材料具有剩 磁性。
测量方法
磁性参数与测量：磁导率μ （3）
2 有效导磁率μe
变压器或电感器磁芯中常用非闭合的E型、U 型等配对磁芯，其磁路各部分形状尺寸不同，而且 其配合面不可避免地仍有残余气隙； 此时，必须用有效导磁率μe来表示磁芯的导 磁率； μe = LC1/(4πN2) ×107
C1 …… 磁芯磁路常数(cm-1)
注：μi通常是用规定尺寸的环形磁芯测量而得；
磁性参数与测量：磁导率μ （2）
1 起始磁导率μ
μi计算
i
μi = L/(4.6N2hlg(D/d)) ×107 (适用于环形磁芯) 式中 N …… 测试线圈匝数(N) L …… 装有磁芯的线圈的自感量（mH） h …… 磁芯高度(mm) D …… 磁芯外直径(mm) d …… 磁芯内直径(mm)
磁芯
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磁学常识：磁性材料分类
A）锰锌系
组成约为：Fe2O3 71%, MnO 20%, 其他为：ZnO
电阻率高(10 ohm-cm) 磁心损耗低 居里温度高 形状：EE，EI，ER，PQ，RM，POT等型式。
用途：功率变压器、EMI共模滤波器、储能电感等
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磁性参数与测量：磁导率μ （4）
3 振幅导磁率μα
作功率变换的开关电源变压器磁芯是工作在 高磁通密度下,因此必须引入振幅磁导率参数才能 真实反映出功率型磁芯在高磁通密度下的磁特性; μα= 1/μ0
* B/H
(式中规定的B值比测时高出数百倍以上,例如:200mT)
磁性参数与测量：磁损耗 （1）
1 损耗因子tanδ
T
Tc
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磁性参数与测量：其它参数
电阻率ρ 单位截面积和单位长度的磁性材料的电阻；和磁芯 的涡流损耗有关系。 密度d 单位体积材料的重量d=W/V 式中：W为磁性材料的重量， V为磁性材料的体积。 磁芯的密度对Bs、μi等特性有一定影响。 电感系数AL 定义为具有一定形状和尺寸的磁芯上每一匝线圈 产生的自感量。 AL=L/N2 式中：L为装有磁芯线圈的自感量（H），N为匝 数。
2003年其推出的PC95则属于宽温低功耗功率铁氧体新材料，起始磁导率 为3300±25﹪；25℃时饱和磁通量密度为540mT，100℃时为430mT； 25℃～120℃内功率损耗均小于350 Kw／m3（B=200mT，f=100KHz），在 25℃和120℃时，功耗均为350 Kw／m3，80℃时为280 Kw／m3。这种材料 是目前性能最为优良的功率铁氧体材料。