软磁铁氧体材料基本知识特性参数与定义共40页文档
软磁铁氧体基本磁特性
软磁铁氧体材料和磁心概述软磁铁氧体材料和磁心概述软磁铁氧体材料分类铁氧体又称氧化物磁性材料，它是由铁和其它金属元素组成的复合氧化物。
铁氧体采用陶瓷工艺，经高温烧结而制成各种形状的零件。
实际上，所有在金属磁性材料中出现的磁现象，在铁氧体中也能观察到，但是有两个基本不同点：一是铁氧体的饱和磁化强度远远低于金属磁性材料，通常为金属材料的一半到五分之一；二是铁氧体的电阻率比金属磁高一百万倍以上。
由于这种区别，对于低频（1000 赫兹以下）高功率的磁心一般采用金属磁性材料，用于较高频率（1000 赫兹以上）磁心采用铁氧体材料。
按照铁氧体的特性和用途，可把铁氧体分为永磁、软磁、矩磁、旋磁和压磁等五类；如果按照铁氧体的晶格类型来分，最重要的有尖晶石型、石榴石型和磁铅石型等三大类。
高频变压器和电器中主要使用软磁铁氧体材料，因此下面主要叙述软磁铁氧体材料的分类及特性。
大多数软磁铁氧体属尖晶石结构，一般化学表示式为MeFe 2O 4，这里 Me 表示二价金属元素，如：Mn、Ni、Mg、Cu、Zn等。
软磁铁氧体材料是各种铁氧体材料中产量最多，用途最广泛的一种。
这类材料的主要特点是起始磁导率高和矫顽力低，即容易磁化也极易退磁，其磁滞回线呈细而长形状。
软磁铁氧体材料可按化学成分、磁性能、应用来进行分类。
若按化学成分来分类，则主要可分为 MnZn 系、NiZn系和 MgZn 系三大类。
MnZn 系铁氧体具有高的起始磁导率，较高的饱和磁感应强度，在无线电中频或低频范围有低的损耗，它是，1兆赫兹以下频段范围磁性能最优良的铁氧体材料。
常用的MnZn 系铁氧体，其起始磁导率μi=400～20000，饱和磁感应强度 BS=400～530mT。
MnZn 系铁氧体广泛制作开关电源变压器、回扫变压器、宽带变压器、脉冲变压器、抗电磁波干扰滤波电感器及扼流圈等，是软磁铁氧体中产量最大的一种材料（按重量计约占 60%）。
NiZn 系铁氧体使用频率 100kHz～100MHz，最高可使用到300MHz。
铁氧体材料特性及不同规格有效参数
i 铁氧体材料特性及不同规格有效参数10.3.1 国产铁氧体材料特性铁氧体的电阻率大约在106～1012μΩ·cm ，适用于几千到几百兆Hz 的频率之间。
对铁氧体软磁材料的主要要求是：初始磁导率μ 高，比损耗（单位体积或重量）小,磁导率随温度的变化要小等。
锰锌和镍锌铁氧体是常用的材料。
可用来制作滤波电感，高频功率变压器，谐振电感等。
铁氧体材料最高工作频率主要受损耗限制。
在一定的允许损耗下，频率提高，工作磁通密度相应减少，与提高频率来减少磁芯体积相矛盾。
一般建议的磁通密度是在工作频率下权衡损耗、体积、结构和效率的结果，不是绝对的。
例如PHILIPS 建议变压器磁芯：<100kHz 可用3C81、3C90、3C91、3C94 和3C96 等；<400kHz 可用3C90、3C94 和3C96 等；200kHz ～1MHz 可用3F3、3F4 和3F35；1~3MHz 可用3F4 和4F1；>3MHz 可用4F1 等。
电感磁芯：<500kHz 可用2P…、3C30 和3C90;<1MHz 可用3C90、3F3 和3F35 等等。
国产常用的牌号及主要磁性能见表10-7所示。
10.3.2 铁氧体尺寸规格铁氧体磁芯在通讯和开关电源中应用十分广泛，磁芯外形结构多种多样。
开关电源中主要应用的有E 型，ETD 型，EC 型，RM 型，PQ 型，EFD 型，EI 型，EFD 型，环形，LP 型.在模块电源中，主要应用扁平磁芯和集成磁元件。
例如FERROXCUBE-PHILIPS 的平面E 型磁芯，适于表面贴装的EP 、EQ 和ER 磁芯，以及集成电感元件（IIC －Integrated inductance component ）等。
IIC 已将元件和磁芯合成一体，通过外部PCB 可自由组成电感和变压器。
各种磁芯结构往往是针对特定的应用设计的，有各自的优点和缺点，要根据应用场合，选择相应的磁芯结构。
PC40 软磁铁氧体磁芯的材质特性参数和曲线图[优质文档]
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55
矫顽力Hc
Coercivity
A/m
50Hz
1194A/m
25℃
14.31Βιβλιοθήκη 0℃8.8居里温度Tc
Curie temperature
℃
＞215
电阻率ρ
Resistivity
Ω.m
6.5
密度d
Apparent dnsity
kg/cm3
4.8×103
磁感应强度：
1T=1000mT
在国际单位制（SI）中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特（T）。在高斯单位制中，磁感应强度的单位是高斯(Gs )，1T＝10KGs等于10的四次方高斯。由于历史的原因，与电场强度E对应的描述磁场的基本物理量被称为磁感应强度B，而另一辅助量却被称为磁场强度H，名实不符，容易混淆。通常所谓磁场，均指的是B。
PC40软磁铁氧体磁芯的材质特性参数和曲线图
R2K3D(PC40)材料特性参数：
单位
Unit
测试条件
Measuring Conditions
R2K3D(PC40)
初始磁导率μi
Initial permeability
1kHz
B<0.25mT
23±2℃
2300
±25%
振幅磁导率μa
Amplitude Permeablility
B在数值上等于垂直于磁场方向长1 m，电流为1 A的导线所受磁场力的大小
B＝F/IL (F=BIL而来)
R2K3D(PC40)磁芯特性曲线图：
mT
≥3000
功耗Pv
Power loss
mW/m3
100kHz
200mT
25℃
600
磁性材料及软磁铁氧体科普
磁性材料及软磁铁氧体科普磁性及软磁铁氧体材料磁性及其普遍性随着科学技术的发展，已揭⽰出⼀切物质都具有磁性，任何空间均存在磁场。
磁性在⽣产和技术、科研和国防、以及家庭⽣活中有⼴泛的应⽤。
磁性是物质的基本属性1）发电机和电动机等电⽓化设备，是以磁场的作⽤和磁性材料为基础进⾏能量转换的。
2）在信息化中，如计算机需要使⽤多种的磁记录器和磁存储器。
3）在⾼能加速器和粒⼦检测器中以及⾼温等离⼦体装置中，都需要使⽤强磁场。
4）磁场是多种研究原⼦核和基本粒⼦的加速器和检测器所必需的重要设备。
5）在⽣物学和医⽅⾯，利⽤弱的⽣物磁性和极微弱的⽣物磁场的变化进⾏⽣理和病理⽅⾯的研究以及疾病的诊断。
地磁地球具有磁性，⼜称“地球磁场”或“地磁场”，指地球周围空间分布的磁场。
地球磁场近似于⼀个位于地球中⼼的磁偶极⼦的巨⼤的地磁场。
它的磁南极（S）⼤致指向地理北极附近，磁北极（N）⼤致指向地理南极附近。
⾚道附近磁场最⼩（约为0.3-0.4Oe），两极最强（约为0.7Oe）。
地球表⾯的磁场受到各种因素的影响⽽随时间发⽣变化。
司南—铁磁材料应⽤的起源中国是磁的故乡。
早在3000多年前我国就已发现磁⽯相互吸引和磁⽯吸铁的现象, 并在世界上最先发明⽤磁⽯作为指⽰⽅向和校正时间的应⽤。
公元前4世纪，中国发明了司南。
后来，出现了指南车。
司南指南车公元前3世纪，战国时期，<<韩⾮⼦>>中这样记载：“先王⽴司南以端朝⼣”。
<<⿁⾕⼦>>中记载：“郑⼈取⽟，必载司南，为其不惑也”。
公元1世纪，东汉，王充在<<论衡>>中写道：“司南之杓，投之于地，其柢指南”。
公元1044年，北宋曾公亮、丁度等修撰的《武经总要》中有应⽤磁⽯的⽔浮型指南针制法的叙述。
公元11世纪，北宋，沈括在<<梦溪笔谈>>中提到了指南针的制造⽅法：“⽅家以磁⽯磨针锋，则能指南......⽔浮多荡摇，指抓及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬之最善。
锰锌软磁铁氧体磁芯术语及定义
1.初始磁导率iμ 初始磁导率是磁性材料的磁导率（B/H ）在磁化曲线始端的极限值，即 i μ=01μ0H lim →H B式中0μ为真空磁导率（4л×710-H/m ）H 为磁场强度（A/m ）B 为磁通密度（T ）2.有效磁导率eμ 在闭合磁路中，如果漏磁可忽略，可以用有效磁导率来表征磁芯的性能。
e μ=20N L ⋅μ﹒e e A L式中 L 为装有磁芯的线圈的电感量（H ）N 为线圈匝数Le 为有效磁路长度（m ）e A 为有效截面积（2m ） 0μ为真空磁导率（4л×710-H/m ）3. 饱和磁通密度Bs(T)磁化到饱和状态的磁通密度。
见图1.4.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。
见图1.5.矫顽力Hc(A/m)从饱和状态去除磁场后，磁芯继续被反向磁场磁化，直至磁通密度减为零，此时的磁场强度称为矫顽力。
见图1.6.损耗因数 tanδ损耗因数是磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗三者之和tanδ =tan h δ+tan e δ+tan r δ式中tan h δ为磁滞损耗因数tan e δ为涡流损耗因数tan r δ为剩余损耗因数7.相对损耗因数 tanδ/μ相对损耗因数是损耗因数与磁导率之比tanδ/i μ（适用于材料）t anδ/e μ（适用于磁路中含有气隙的磁芯）8.品质因数Q品质因数为损耗因数的倒数：Q=1/tanδ9.温度系数μα（1/K ） 温度系数为温度在T1和T2范围内变化时，每变化1K 相应的磁导率的相对变化量： μα=12112T T 1-⋅-μμμ （T2＞T1）式中1μ 为温度为1T 时的磁导率2μ 为温度为2T 时的磁导率10.相对温度系数rμα(1/k) 温度系数和磁导率之比：r μα=122212T T 1-⋅-μμμ （T2>T1）11.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。
见图2.12.减落因数FD 在恒温条件下，完全退磁的磁芯的磁导率随时间的衰减变化，即 F D =2112211T T log μμμ⋅-（T2>T1）式中 1μ 为退磁后1t 分钟的磁导率2μ 为退磁后2t 分钟的磁导率13.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。
软磁铁氧体材料基本知识、特性参数和定义
e
L 107
4N 2
C1
表观磁导率
含有磁芯线 圈的电感量
电感系数
app
L L0
空心线圈的电感 量
L AL N 2
AL
0e
C1
19/39
软磁铁氧体的特性参数
☺磁导率的温度特性(i～T)
温度系数 ｉ
i
ref ref ref
i
1
T
F i i
居里温度Tc
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软磁铁氧体的特性参数
超低损耗MnZn铁氧体材
年份
型号
料
测试条件
功率损耗
1984 TDK：PC40 100kHz, 200mT, 100℃ 410 kW/m3
1990 TDK：PC44 100kHz, 200mT, 100℃ 300 kW/m3
1995 TDK：PCxy 100kHz, 200mT, 80℃ 200 kW/m3
TDK公司H5C4，12000，>9000(-20℃) EPCOS公司T38，10000，>9000(-23℃) TDK公司DN70，低谐波失真(0～85℃) TDK公司DNW45，宽温高直流叠加(-40～
Tc
6.475
xFe2O3
2 3
xZnO 104
在居里温度附近，K1急剧趋于零，而Ms尚有一定数值，故导致μi～T 峰值出现（I峰）。
21/39
软磁铁氧体的特性参数
☺磁导率的频率特性(i～f )
1234. 中高极低频高频频((ff=f(<=1f110>0041460H11z0)0:6H1复H0z)Hz磁-)-z:导-)与-：交率低畴换µ频r壁区大相共。，似振µ，和r可小自能，然出损共现耗振尺小；寸，大
软磁铁氧体磁芯的有效参数(二)汇总
软磁铁氧体磁芯的有效参数(二对于E 形磁芯,罐形磁芯与其他类似的磁芯,其几何情况比环形磁芯复杂得多,精确计算这些磁芯的磁场分布必将要化费很大的工作量,因为不仅要象环形磁芯那样考虑到通过截面的不均匀磁场分布,而且也要考虑到不同截面图1-20 矩形截面的环形磁芯处与拐角处磁力线的园弧拐弯。
因此,自1950 年起,采用了近似法。
此法是将磁芯设想或由许多相等截面AK 的单元组成,并假设在其中局部磁场强度HK 是常数,这种单元的磁路长度用lk 表示,单元具有的磁感应用Bk 表示,以及所属的相对磁导率用μk 表示,则由环路定律得:(1-37而线圈电感的定义为:(1-38将(1-37式代入(1-38式,可得:(1-39对于一个无气隙的环形磁芯,磁芯有效长度为le,有效截面积为Ae,则电感值为:(1-40比较(1-39式及(1-40式可知:同样也可计算得到:假定:则磁芯有效参数le 及Ae 可由下式计算:(1-41关于各种形状磁芯的有效磁芯参数C1 及C2 的计算方法,国际电工委员会已有推荐的标准方法,下面简单介绍U 形及E 形磁芯的分段及计算磁芯参数方法。
1 园方形截面的U 形磁芯对图1-21 示出方园形截面的U 形磁对,把磁路分成八段,但其中l1=l3'=l2'=l2',与面积A2 有关的磁路长度为l2=l2'+=l2',拐角处平均磁路长度:l4=l4''+l4''= (s+h(mml5=l5'+l5''= (p+h(mm与l4 和l5 有关的平均面积为:(mm2(mm2(mm-3图1-21 U形磁芯对2 矩形截面的E 形磁芯对E 形磁芯为一对并联磁路,现取四分之一部分进行计算。
如图1-22 所示,在四分之一部分磁路划分为五段,每段的磁路长分别为l1 到l5,半个中心柱的面积为A3,拐角处平均磁路长度按下式计算:(p+h(mm(s+h(mm与l4 和l5 有关的平均面积为:(mm2(mm2(mm-1(mm-3图1-22 矩形截面E形磁芯对。
磁性材料常识参数介绍
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பைடு நூலகம்指定 测试频率与Bm，如： 16KHz 150mT; 25Khz 200mT ; 100KHz 200mT等
测量方法
2019/2/9 SPINEL
19
磁性参数与测量：磁滞回线 （1）
2019/2/9 SPINEL
4
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
2019/2/9 SPINEL 5
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。 2019/2/9
SPINEL
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；
2019/2/9 SPINEL
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磁性参数与测量：磁损耗 （3）
SPINEL