《软磁基础知识讲》PPT课件.ppt

软磁铁氧体基础知识 主讲陈元富教授 软磁铁氧体基础知识 营销人员培训 一 软磁铁氧体简述二 软磁铁氧体主要参数三 国内外主要铁氧体生产公司四 软磁铁氧体分类及应用 一 简述 软磁铁氧体研发于二十世纪三十年代 上个世纪四十年代开始工业化生产 我国于上世纪六十年代由本所开始研发 经过五十年来的发展 软磁铁氧体工业化生产日趋成熟 由欧美国家纷纷开始转移到发展中国家 特别是中国已经成为生产软磁铁氧体主要国家 但其品质仍是以中低档水平为主 就其原因来说 主要在于原材料品质和工业生产现代化装备 什么是软磁铁氧体呢 就磁滞回线而言 矫顽力比较低 利用磁导率特性的一类铁氧体 其制备方法是采用下面工艺流程所示的陶瓷生产工艺 一 简述 软磁铁氧体研发于二十世纪三十年代 上个世纪四十年代开始工业化生产 我国于上世纪六十年代由本所开始研发 经过五十年来的发展 软磁铁氧体工业化生产日趋成熟 由欧美国家纷纷开始转移到发展中国家 特别是中国已经成为生产软磁铁氧体主要国家 但其品质仍是以中低档水平为主 就其原因来说 主要在于原材料品质和工业生产现代化装备 什么是软磁铁氧体呢 就磁滞回线而言 矫顽力比较低 利用磁导率特性的一类铁氧体 其制备方法是采用下面工艺流程所示的陶瓷生产工艺 工艺流程图 要生产出软磁铁氧体容易 但要生产优质软磁铁氧体也并非容易之事 因为除了正确配方设计之外 在固相反应过程中 要严格控制气氛和晶柱尺寸大小及均匀性都是十分困难的 所谓铁氧体 就是分子式为MFeO4 M为Ni Mn Zn Li Cu 的尖晶石结构组成的软磁铁氧体 当然 除了上述制备铁氧体工艺外 还有其他诸如共沉淀法 低温烧结制备片式电感法等 二 软磁铁氧体主要参数 软磁铁氧体被磁化时 产生了如图1所示磁滞回线 图1 磁滞回线1 饱和磁感应强度Bs铁氧体在受到磁场H 5Hc时所得到的磁感应强度为饱和磁感应强度Bs 2 剩余磁感应强度Br当磁场H加大到磁性材料饱和时 再单调下降到磁场为零时的磁感应强度为剩余磁感应强度Br 3 矫顽力Hc磁性材料被磁化到饱和时 沿饱和磁滞回线单调改变磁场 待磁感应强度降低到零时的磁感应强度为矫顽力Hc 4 起始磁导率 i处于中性状态磁性材料被磁化时 磁场趋于零时的磁导率称为起始磁导率 i 磁性材料被磁化时磁导率变化如图2所示 图2 磁导率随磁变化起始磁导率 i是软磁铁氧体最重要的参数 产品说明书上所标示的 i均是按照IEEE标注 即所加磁场小于5mv 对于标磁磁环 16 10 5 25 10 8 所得数据 i通常由如下公式计算 L 电感 N 匝数 D 磁环外径 d 磁环内径 H 磁环高度 cm 如果商家给出尺寸 匝数和电感L 就可以十分方便的计算 i 也可以初步的判断商家应用什么样的材料 5 电感因数AL在磁芯上绕上一定匝数线圈 在单位线圈上所产生的电感称为电感因数AL AL L N2 6 比损耗正切tg itg s s 式中 s 为复数磁导率实部 s 为复数磁导率虚部如图3所示 磁性材料在交变场每周期中损耗能量与储存能量之比 tg 表示低场下材料能量的损耗 tg i是衡量材料损耗大小的重要参数 7 品质因数QQ表示损耗正切的倒数 其数值表示在特定尺寸 特定线圈匝数 特定频率下磁芯损耗的大小 所以Q值通常不能用来表示材料损耗特性 8 功耗P 在特定频率和高的磁感应强度下测得的材料损耗 一般用K m3或m g来表示 9 温度系数 在两个温度间隔之间 所测得磁芯电感相对变化量除以引起变化温度差 10 比温度系数11 居里温度Tc磁性材料自发磁化为零时所对应温度 如图4所示 12 直流电阻率 单位长度测得直流电阻大小 以 cm或 m表示 三 国内外主要铁氧体公司 1 日本TDK公司该公司是生产研发力量最强 世界最著名铁氧体公司 就当今世界而言 该公司已经代表世界最高水平 就整个亚洲而言 都以该公司标准为参考 近年来 该公司除了在本土生产外 也纷纷在中国 台湾 泰国 菲律宾 马来西亚等国设立分厂 2 日本FDK公司3 日立金属铁氧体公司该公司除在本国建厂外 在我国广东也设立了分厂 4 PHILIPS公司该公司早期是研究生产软磁铁氧体水平最高的公司之一 随着铁氧体发展日趋成熟 近年来纷纷退出该领域 5 西门子公司该公司与PHILIPS公司情况基本相同 6 美国FAIR RITE公司该公司主要做IT产业用的小磁芯 我所曾派人员去参观过该公司 7 天通公司该公司是民营企业 全部生产软磁铁氧体 它是在899厂的工程技术人员帮助下建立起来的 我所也有人员去该公司工作 8 东磁集团该公司也是民营企业 主要生产恒磁 偏转磁芯以及软磁铁氧体 它聘用了多名国内外专家解决技术工艺问题 其产值达20多亿元 其产品主要出口到海外 四 软磁铁氧体分类与应用 按其材料类别可分为 MnZn软磁铁氧体 其主要使用频率段为0 01MHz 3MHz的低场和高场铁氧体器件 NiZn软磁铁氧体 因其电阻率高 主要适用于0 1MHz 200MHz低场和高场铁氧体器件 MgZn软标磁铁氧体 因其表面电阻率高 Bs低 成本低 主要适用于0 01MHZ 1MHZ偏转磁芯 近年来也大量用于EMI磁芯 但性能较差 六角晶系软磁铁氧体 主要用于1000MHz以上特高频器件 2 按其形状可分为 开路型和闭路型两大类 分别有棒型 环型 EE型 EI型 RM型 PQ型 U型等等 软磁铁氧体由于电阻率高 原材料成本低和高的导磁率 经过几十年发展 在广播电视 通讯等各种电子设备中早已处于主导地位 应用领域十分广泛 软磁器件基本功能能量储存 讯号传输和能量转换 它的基本用途是作电感器和变压器 现将其主要用途予以介绍 软磁铁氧体应用 铁氧体功率材料MnZn铁氧体是软磁铁氧体主体 然而MnZn功率型铁氧体又是MnZn软磁铁氧体的主体 随着数字技术和高频技术的发展 相应的MnZn功率铁氧体Bs要求也在提高 功耗在降低 使用频率在增加 这种材料广泛用于开关电源 工作频率从25KHz提高到1MHz 应用铁氧体做开关电源市场份额已占整个电源市场的80 各种代表材料见表一 表一 主要功率铁氧体 从上表可看出 早期PC30仅适用于25KHz开关电源 目前大量使用的PC40 PC44已能在50KHz 200KHz开关电源中广泛使用 使用量逐渐增大的PC50可在500KHz 1MHz开关电源中使用 随着数字化技术进一步发展 未来1MHz以上的开关电源材料3F4 4F1可以成功得到应用 更高频率开关电源寄希望于具有高电阻率NiZn功率铁氧体材料 在宽温范围内具有低功耗负温度系数的PC95材料正是目前热门材料 在目前的无极灯应用中 使用频率在2 65MHz 3F4和4F1材料是目前功率材料首选材料 特别是80W 120W无极灯应用材料 要求功耗低 居里温度高 温度稳定性能好 2 高 i软磁铁氧体为适应电子产品小型化的要求 在电子技术 特别是在宽带变压器和脉冲变压器中 高 材料一直为人们所关注的焦点材料 为20000 40000早已开发出来 但至今能真正应用的高 材料为10000 15000MnZn铁氧体 我国通过多年努力 目前也能用氧化物法制备出 为10000 12000MnZn铁氧体 但其性能仍落后于国外产品性能 比较有代表的见表二 表二 高磁导率铁氧体 3 射频铁氧体所谓射频铁氧体是指运用传输线理论而设计宽频带铁氧体器件所使用的铁氧体 如R1K R1K5 R2K R3K镍锌铁氧体 以及双5000和 i为10000的锰锌铁氧体 在射频器件中 不仅应用材料 而且还用材料 从而使器件频率大大拓宽 几兆 2000MHz 诸如射频变压器 功率分配器 混频器 定向耦合器等等 从而拓宽了软磁铁氧体应用范围 4 EMI软磁铁氧体随着信息化技术迅速发展 电子产品小型化 多功能化 数字化越来越引起人们关注 人们使用电子产品受到电磁干扰越来越严重 为了有效抑制电磁干扰 人们往往采取了各种抗干扰元件 其中EMI铁氧体元件因其价格低廉 抗干扰效果好 使用方便 从而被广泛应用 有代表EMI铁氧体