磁性材料基本参数详解

1、磁性材料根本参数详解磁性是物质的根本属性之一， 磁性现象与各种形式的电荷的运动相关联，物质内部电子的运动和自旋会产生一定大小的磁矩，因而产生磁性。自然界物质按其磁性的不同可分为：顺磁性物质、抗磁性物质、铁磁性物、反铁磁性物质以及亚铁磁性物质， 其中铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质，通常将这两类物质统称为磁性材料。铁氧体颗粒料：是已经过配料、混合、预烧、粉碎和造粒等工序，可以直接用于成形加 工的铁氧体料粒。顾客使用该料可直接压制成毛坯，经烧结、磨削后即可制成所需磁芯。本公司生产并销售高品质的铁氧体颗粒料，品种包括功率铁氧体JK系列和高磁导率铁氧体JL系列。镒锌铁氧体:主要分为高稳定性、高功

2、率、高导铁氧体材料。它是以氧化铁、氧化锌为 主要成分的复合氧化物。其工作频率在1kHz至10MHz之间。主要用着开关电源的主变压器用磁芯.。随着射频通讯的迅猛开展，高电阻率、高居里温度、低温度系数、低损耗、高频特性好高电阻率低损耗角正切tg&的镣锌铁氧体得到重用，我司生产的Ni-Zn系列磁芯，其初始磁导率可由10至V 2500，使用频率由1KHz至V 100MHz。但主要应用于1MHz以 上的频段、磁导率范围在7-1300之间的EMC领域、谐振电路以及超高频功率电路中。磁粉芯：磁环按材料分为五大类：即铁粉芯、铁镣钳、铁镣50、铁硅铝、洗基铁。使 用频率可达100KHZ，甚至更高。但最适

3、合于10KHZ以下使用。磁场强度H :磁场“是传递运动电荷或者电流之间相互作用的物理物。它可以由运动电荷或者电流产生，同时场中其它运动或者电流发生力的作用。均匀磁场中，作用在单位长磁路的磁势叫磁场强度，用H表示；使一个物体产生磁力线的原动力叫磁势，用F表示：H=NI/L, F = N IH单位为安培/米A/m，即：奥斯特Oe ; N为匝数；I为电流，单位安培A, 磁路长度L单位为米m。在磁芯中，加正弦波电流，可用有效磁路长度Le来计算磁场强度：LP1奥斯特=80安/米磁通密度，磁极化强度，磁化强度在磁性材料中，加强磁场H时，引起磁通密度变化，其表现为：B=旦o H+J=旦o H+MB为磁通密度

4、磁感应强度，J称磁极化强度，M称磁化强度，旦。为真空磁导率，其值为4兀X 10亨利/米H/mB、J单位为特斯拉，H、M单位为A/m, 1特斯拉=10000高斯Gs 在磁芯中可用有效面积Ae来计算磁通密度：n_ O.g5VFNAe正弦波为：电压单位伏特V,频率单位赫兹Hz,N为匝数，B单位为特斯拉T;Ae单位为：m2饱和磁通密度、剩余磁化强度、矫顽力B和H的关系除在真空中和在磁性材料中小磁化场下具有线性关系外，一般具有非性关系，如下列图磁滞回线性特性：磁滞回线：铁磁体从正向至反向， 再至正向反复磁化至技术饱和一周，所得到的B与H的闭合关系曲线称为磁滞回线。Bs为饱和磁化强度，Br为剩余磁化强度，

5、Hc为矫顽力，Hs为饱和磁化场，不同磁性材料，磁滞回线表现形式不一样，Bs、Br、Hc、Hs都不一样。铁芯的M直与使用范围铁芯因不同的烧结温度，不同和物质配比例，可以烧结出各种不同的材料，一般来讲，镣 锌铁氧体铁芯比镒锌系的铁氧体铁芯的使用频率范围宽。直是衡量铁芯性能的一个重要参数，M直越高，铁芯使用频率范围就越小，如下表：M直Gs使用频率KHz10000200以下2500500以下10001000以下1255000以下iIrirtial Permeability:交流最初磁导率，铁芯刚通过交流电时的导磁系数。是磁性材料的磁化曲线始端磁导率的极限值。它与温度、频率有关，测量时在一定温度、一定频

6、率、很低磁通密度或很小磁场、闭合磁路中进行。在实际测量中规定磁化场H所产生的磁通密度应小于1mT, B为0.1mT.a e:有效磁导率；在封闭的磁回路里，如果漏磁可以忽略，能产生自感的导磁系数。 用它可以表征磁芯的性能。Bs(Saturation flux density):随着H的增加，铁芯B值达饱和时的磁通。-H maxBr(Remanence):(剩磁/残留磁通)当铁芯一度饱和之后，即使让磁场强度在回复到零，铁芯 中仍 然有局部磁通残留，称之为残磁。Hc ( Coercivity ):矫顽磁力(或称保磁力)；磁芯从饱和状态去除磁场后，继续反向磁化，直至B减小到0，即将残留磁通矫正至零，所

7、需的磁场强度。Tc(Curie temperature):居里温度(或临界温度)。对于所有的磁性材料来说，并不是在任何温度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一个临界温度Tc,因铁芯的磁导系数是随温度的上升而增加的，在此温度以下，原子磁矩排列整齐，产生自发磁化，物体变成铁 磁性的。在这个温度以上，由于高温下原子的剧烈热运动，导磁系数完全崩溃，原子磁矩的排列混乱无序，磁状态由铁磁性改为顺磁性。如图，-T曲线上80 % max-20 max的连线与=1的交叉点相对应的温度称为居里温度。损耗因子tg a m表示小信号下材料的损耗特性。是损耗功率与无功功率的比值。因磁芯损耗包括磁滞损耗、 涡流损耗、剩余

8、损耗，所以损耗因子，可表示为：tg am =tg a h +tg Sc +tg、tg r, ag、c tg a Sh分别称为磁滞、涡流、剩余损耗因子。比损耗因子tg am/或tg a /称比损耗因子，与材料几何尺寸无关，表示小信号下材料的损耗特 性。气隙的影响当磁路中有气隙时，其损耗因子为带气隙损耗因子，(tg )6 gap它与无气隙时损耗因 子关系为：(tg5 gap/ ( el ) = tg8 /(-i1 )因e-漏大于1，故上式可表示为：(tg)a gap/ e= tg8 /i由于evi,所以开气隙后，损耗因子减小，Q值增加。磁芯开气隙后，磁芯内部磁场强度H将大大减小，由Hi=He-Hd

9、=He-NM可以看出，退磁因子N越大，Hi越小。这里He是绕组通以电流后产生的磁场(He=NI/Le),对 闭路磁芯N=0，气隙越大，N越小，反之亦然。开制气隙可增加磁场和温度的稳定性。品质因素Q磁性器件作滤波电感时，通常用品质因素(Q )来表示它的质量。Q= 1/ tg a = 3 L/Rtl承谜电阻。包括线圈和磁芯的电阻。Rt表示有损耗，包括磁芯损耗、铜线损耗。可见Q与频率和绕组参数有关。在大信号场下，磁芯损耗用下式表示：Pm= Ph+Pe+Pr,其中Ph、Pe、Pr ,分别表示 磁滞损耗、涡流损耗、剩余损耗.开关电源变压器要求铁氧体材料要具有：高Bs、高振幅磁导率？Ae (Amplitu

10、depermeability)以提高其功率转换效率并防止饱和；也要求材料的功率损耗Pm尽量小以避免在局频下发热？希望呈负温度系数；为了在局温下保持局的Bs,材料的居里温度应当较高，电阻率较高。变压器的磁芯一方面起加强线圈之间磁通交链的正向作用，同时也带来因交变磁通鼓励 而产生额外的磁芯损耗之负面作用。因为磁芯的每次磁化会消耗能量，即产生磁滞损耗(磁性材料的磁畴运动及磨擦而导致)，磁通交变产生的感应电势的驱动会产生涡流损耗。这两种损耗都与磁通交变的频率有关。同一铁氧体的磁滞损耗正比于直流磁滞回线的面积，并与频率成线性关系与f成正比对于工作在100KHZ以下的功率铁氧体磁芯，变压器工作温度：80 -100 C 为获得低损耗，要选用最低矫顽力、较低的磁致伸缩系数入的磁芯。铁氧