超微晶铁芯在开关电源中的应用
纳米晶材料应用于高频逆变电源的优点与问题
纳米晶材料应用于高频逆变电源的优点与问题
高频逆变电源的工作频率在20kHz~50kHz，作为电源心脏的主变压器，传统的铁芯材料铁氧体虽高频损耗较低，但其低频段(100kHz以下)的磁特性不太好，又因其饱和磁感应值(Bs)较低，铁芯的体积和重量仍较大，此外，铁氧体的居里温度较低，热稳定性差，温度稍高即导致Bs值降低，易饱和，工作状态不稳定，不适合于高频大功率下使用。
纳米晶材料，具有优良的综合磁性能，特别是应用在高频大功率逆变电源上，作为逆变变压器的铁芯已是独占鳌头。
一、纳米晶的优点
纳米晶材料同时具备了硅钢、坡莫合金、铁氧体的优点。
即：
高磁感：饱和磁感Bs=1.2T，是坡莫合金的一倍，铁氧体的2.5倍。
铁芯功率密度大，可以达到15kW～20kW/kg。
高磁导率：静态初始导磁率μ0可高达12万～14万，与坡莫合金相当。
用于功率变压器铁芯的磁导率是铁氧体的10多倍，大大降低了激磁功率，提高了变压器的效率。
低损耗：在20kHz～50kHz频率范围是铁氧体1/2～1/5，降低铁芯温升。
居里温度高：纳米晶材料的居里温度达570℃，铁氧体的居里温度仅180℃～200℃。
由于以上的优点，纳米晶制造的变压器应用在逆变电源上，对电源可靠性提高起了很大作用：
损耗小，变压器温升低，大量用户的长期实际使用证明，纳米晶变压器的温升远远低于IGBT管子的温升。
铁芯磁导率高，降低了激磁功率，减小了铜损，提高了变压器的效率。
变。
开关电源中的磁性材料
软磁相框
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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
开关电源中的磁性材料
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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
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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。
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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
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
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铁芯在新能源电机中的应用
铁芯在新能源电机中的应用Iron cores play a critical role in the development and operation of new energy motors. 铁芯在新能源电机中发挥着至关重要的作用。
As the central component of the motor, the iron core is responsible for creating a magnetic field that drives the rotation of the motor. 作为电机的核心组件，铁芯负责产生磁场，驱动电机的旋转。
Its high magnetic permeability and low core loss make it an ideal material for use in electric motors. 其高磁导率和低核心损耗使之成为电动机中的理想材料。
One of the key advantages of iron cores in new energy motors is their ability to efficiently convert electrical energy into mechanical energy. 铁芯在新能源电机中的一个关键优势是其能够高效地将电能转化为机械能。
This efficiency is crucial for maximizing the performance and longevity of electric vehicles and other green technologies. 这种效率对于最大化电动车辆和其他绿色技术的性能和寿命至关重要。
By reducing energy loss and improving power output, iron cores help enhance the overall efficiency and effectiveness of new energy motors. 通过减少能量损失和提高功率输出，铁芯有助于提高新能源电机的整体效率和性能。
抗emi磁性元器件在开关电源中的应用
抗emi磁性元器件在开关电源中的应用
近年来，随着电子工业的进步，电压和冲击现象的普遍出现，电磁兼容性（EMC）问题的频率不断增加。
特别是在开关电源的应用中，抗EMI磁性元件的应用越来越重要。
开关电源在抗EMI领域的应用和发展势头日益蓬勃。
除了传统的调节和滤波外，抗EMI磁性元器件的技术也发挥着至关重要的作用。
具体来说，抗EMI磁性元件可应用于供电、共模抑制器、EMI滤波器、射频滤波器、抑制杂散电流器、变压器和卷绕元件以及许多其他应用中。
抗EMI磁性元器件的应用，可以帮助开关电源在抗EMI领域取得巨大的成功。
它使开关电源的整体EMI性能得到显著提高，特别是能够充分消除EMI噪声，进而提高电子设备的工作效率。
此外，抗EMI磁性元件可以解决传统调节和滤波无法有效解决的EMI交叉问题，从而使系统中的电磁兼容性有效降低。
此外，抗EMI磁性元件的优点还在于它的容量可随环境温度的变化而变化，而调节和滤波元件的容量则是固定的，不便于使用。
总之，抗EMI磁性元件在开关电源的应用中的作用越来越重要，它可以帮助系统达到最佳的电磁兼容性，同时在空间和能耗上又有所减少，可以在一定程度上提高设备的性能和寿命。
开关电源中的磁性材料
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
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：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。
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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。
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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；
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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
德国VAC纳米晶材料
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 130063×50×25 280080×63×25 4200100×80×25 6100100×80×25×2(个磁芯) 9000130×100×25 11000130×100×25×2(2个磁芯) 16000130×100×25×2(2个磁芯) 20000130×100×25×4(4个磁芯) 24000-------------------------------------------------------------------- 如果变压器采用强迫冷却方式，所能输出的功率将可增大50%。
德国 VAC 公司的超微晶材料在高频开关电源
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 130063×50×25 280080×63×25 4200100×80×25 6100100×80×25×2(个磁芯) 9000130×100×25 11000130×100×25×2(2个磁芯) 16000130×100×25×2(2个磁芯) 20000130×100×25×4(4个磁芯) 24000-------------------------------------------------------------------- 如果变压器采用强迫冷却方式，所能输出的功率将可增大50%。
超微晶磁环磁芯铁芯
超微晶磁环磁芯铁芯（1）超微晶磁环磁芯铁芯是什么？超微晶磁环磁芯铁芯是一种磁性介质，由铁磁氧化物构成，具有高磁性和稳定的物理性能。
它可以将外界的磁场或电场转换成电能的能源，也可以将电能转换成磁场或电场的能源。
它广泛应用于各种电气产品、计算机、电子工程、飞行器和航空航天装备等行业，作为驱动电机、发电机、传感器、放大器、测速传感器等的核心元件。
（2）超微晶磁环磁芯铁芯的优点1、超微晶磁环磁芯结构紧凑，磁性性能好，磁滞因数低，阻—抗比高，工作损耗小。
2、密封性能好，防尘、防潮工作用寿命长，可以防止外界水分、灰尘等污染。
3、芯片的总大小小，安装可靠、结构简单，与驱动电路及步进电机安装在一体机内，不运行和不损坏外部电路，结构紧凑，占地面积小，实现完全封装。
4、磁芯的渠道更加平滑，抗热行为也更好，因此可以极大地减少机械噪音，极大地改善了使用环境。
（3）超微晶磁环磁芯铁芯的应用超微晶磁环磁芯铁芯在电力、电子、电机、航空航天、汽车及其他消费产品的生产领域得到广泛的应用，是各种现代电气产品的核心部件，可用于驱动电机、发电机、传感器、放大器、测速传感器、磁通开关等。
此外，由于超微晶磁环磁芯铁芯能够较好地承受温度，高磁性和低热损耗，可用于电力交流设备、高压设备、灯饰、家用电器、机床电气，工业机械、太阳能电池组件等领域。
（4）超微晶磁环磁芯铁芯的使用注意事项使用超微晶磁环磁芯铁芯时，应注意以下几点：1、安装时应注意不要损坏磁芯，尤其是芯线的连接，严禁碾压芯线或是直接用力拉扯就安装。
2、发挥磁芯的性能，需要采取合理的冷却措施。
3、安装完毕，应注意勿让外界水分、灰尘等污染，以保持磁芯持续工作。
4、在使用中，应注意避免超负荷与过热，也要避免瞬间短路导致断路。
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/article/art_110_5392.htm 第 6 頁 / 共 6 2010/3/29 上午 10:49:53
/article/art_110_5392.htm 第 4 頁 / 共 6 2010/3/29 上午 10:49:53
开关电源中的应用
N —bNË绍设计尖峰抑制器的公式。若令整流管的反向恢复时间为trr(单位取s)ÿ 件。
SÍT
u5压为UR (V)ÿ
•
过整流管的电流为IF(A)ÿ
开关电源中的应用
2.2 •…_®fvxÁ‚¯W(Qqj!u5a N-v„应用 ‘Çu(•…_®fvxÁ‚¯R6O\Qqj!u5a (N¦称共模扼流圈)时，只须绕很少的匝数，即可获得很大的电感量，从而降低了铜损，节省了线材，减小了共模电感的体积。 用超微晶磁芯制成的共模电感具有很高的共模插入损耗，能在很宽的频率范围内对共模干扰起到抑制作用，因而不需要使用复杂的滤波电路。分别用铁氧体磁 芯、超微晶磁芯制成共模电感，二者的外形比较如图2b@y:0 2ÿ 3•…_®fvxÁ‚¯W(EMI滤波器中的应用 u1VACQlSøu 产的钴基超微晶磁芯VIT-ROVAC 6025Zÿ Sï^•lÛu(NŽ开关电源的EMl滤波器中，能有效地抑制由电流快速变化所产生的尖峰电压。在超微晶磁芯 上绕一圈或几圈铜线，即可制成一个尖峰抑制器，其构造非常简单，而对噪声干扰的抑制效果非常好。VITROVAC 6025Z•…_®fvxÁ‚¯Qwg g•ONv„xÁ‚¯损耗和很高 的矩形比，当电流突变为零时呈现出很大的电感量，能对整流管的反向电流起到阻碍作用。由尖峰抑制器构成EMI滤波器的电路如图3b@y:0 D1为输出整流管， D2为续流二极管。在D1.D2N R 别串联一个尖峰抑制器。L为储能电感，C为滤波电容。不加尖峰抑制器时通过整流管的电流波形如图4(a)b@y:ÿ IF0 IRR 别代表 整流管的正向工作电流和反向工作电流，frrNãˆhSÍT `bY 时间。由图4Sï‰Áÿ etmA{¡W(SÍT ]åO\区域会产生尖峰电流，而接入尖峰抑制器后，尖峰电流就被抑制 了。
则尖峰抑制器必须满足下述条
/article/art_110_5392.htm 第 5 頁 / 共 6 2010/3/29 上午 10:49:53
开关电源中的应用
式中：Φ为磁通； S为磁芯的绕线面积。 计算铜导线线径的公式为
b@须绕制的匝数为
3 结语 –•w@u5R›u5[Pb€术的发展和成熟，人们逐渐认识到磁性元件不仅是电源中的功能元件，同时其体积、重量、损耗在整机中也占相当比例。据统计，磁性元件 的重量一般是变换器总重量的30ÿ ～40ÿ ÿ OS积占总体积的20ÿ ～30ÿ ÿ 对于模块化设计的高频电源，磁性元件的体积、重量所占的比例还会更高。另外，磁 性元件还是影响电源输出动态性能和输出纹波的一个重要因素。因此，要提高电源的功率密度、效率和输出品质，就应对减小磁性元件的体积、重量及损耗的 相关技术进行深入研究，以满足电源发展的需要。我们有理由相信，微晶磁芯在开关电源中将有非常宽阔的应用前景。 (综合电子论坛)
超微晶磁芯及其在开关电源中的应用
dX‰•ÿ •…_®fvN¦称纳米非晶，它是一种新型磁性材料。超微晶磁芯具有高磁导率、高矩形比、磁芯损耗低、高温稳定性好等优点而倍受人们青睐。以德国VACQl Søu 产的铁基超微晶磁芯VITROPERM500F0 钴基超微晶磁芯VITROVAC 6025Z为例，介绍其性能特点以及在开关电源中的应用． 关健词：超徽晶；磁芯；开关电源 O_ Š _®fvxÁ‚¯Qwg 较高的饱和磁感应强度(1.l～1ÿ 2T)ÿ šØxÁ导率，低矫顽力，低损耗及良好的稳定性、耐磨性、耐蚀性，同时具有较低的价格，在所有的金属软 磁材料芯中具有最佳的性价比。用于制作微晶铁芯的材料被誉为”绿色材料”ÿ ^•lÛ应用于取代硅钢，坡莫合金及铁氧体，作为各种形式的高频(20～100 kHz)开 关电源中的大中小功率的主变压器、控制变压器、波电感、储能电感、电抗器、磁放大器、饱和电抗器磁芯、EMC滤波器共模电感和差模电感磁芯、．IDSN_® W‹–”y»SØ压器磁芯，也广泛应用于各种类同精度的互感器磁芯。 1 •…_®fvxÁ‚¯v„N;‰•ryp¹ VITROPERM 500F”ÁWú•…_®fvxÁ‚¯Qwg NåN ryp¹ÿ 1)g•šØv„R YËxÁ导率，μ=30 000～80 000ÿ N xÁ导率随磁通密度和温度的变化非常小； 2)xÁ‚¯损耗极低，并且在一40～+120! ƒ 围内不随温度而变化； 3)—^^8šØv„饱和磁通密度(Bs=1ÿ 2T)ÿ QA许选择较低的开关频率，能降低开关电源及EMI滤波器的成本； 4)xÁ‚¯‘Çu(环氧树脂封装，机械强度高，无磁滞伸缩现象，能承受强振动； 5)SïSÖNã传统的铁氧体磁芯以减小开关电源的体积．提高可靠件． •…_®fvxÁ‚¯v„W‹S÷_ˆY ÿ b@传输的功率可从50 WR011kW0 QàyÍ^8u(xÁ`'gPe™v„`'€ýkÔ较见表10
\ \ðb‘R6VhQxW‹v„xÁ滞回线如图5b@y:ÿ W(R0•¾]åO\p¹1NKRM(u5mA导通时)ÿ xÁ‚¯Y NŽ饱和状态，具有非常低的电感量；当电流关断时到达工作点2(N¦称剩磁 点)时，由于整流管存在反向恢复时间，使得电流继续沿着负的方向减小，但超微晶磁芯具有非常高的磁导率，这时会呈现很大的电感量，所以它就不经过理论 工作点3(该点本应对应于出现反向尖峰电流IRv„时刻)ÿ € f/vôc¥R0•¾]åO\p¹4(SsSÍT RixÁp¹)ÿ q6T SȈ«xÁS 开始另一循环。这种抑制整流管尖峰电流的特性被 称之为“软恢复”0 图5N-v„IFe为激励电流。
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开关电源中的应用
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开关电源中的应用
2 •…_®fvxÁ‚¯W(开关电源中的应用 2.1 •…_®fvxÁ‚¯gPe™W(šØ频变压器中的应用 vîRMÿ šØ频变压器一般选用铁氧体磁芯。VITROPERM 5OOF”ÁWú•…_®fvxÁ‚¯N _·VýN$•è[PQlSøu 产的N67|ûR ”Ál'OSxÁ‚¯v„`'€ýkÔ较，如图1b@y:0 图1(a)为 磁导率的相对变化率与温度的关系曲线；图1(b)为磁感应强度(B)N 矫顽力(H)v„关系曲线；图1(c)则为损耗．温度曲线。由图l(a)Sï‰Áÿ •…_®fvxÁ‚¯v„xÁ导率随 温度的变化量远远低于铁氧体磁芯，可提高开关电源的稳定性和可靠性。由图l(b)Sï‰Áÿ •…_®fvxÁ‚¯v„ÿ ¼BNX积比铁氧体磁芯高许多倍，这意味着可大大减小 高频变压器的体积及重量。由图1(c)Sï‰Áÿ 当温度发生变化时，超微晶磁芯的损耗远低于铁氧体磁芯。此外，铁氧体磁芯的居里点温度较低，在高温下容易退 磁。若采用超微晶磁芯制作变压器，即可将工作时的磁感应强度变化量从Oÿ 4TcКØR01ÿ OTÿ O•RŸs‡开关管的工作频率降低到100kHzNåN 0
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