開關(guān)電源中的磁性材料分析課件

1、開關(guān)電源中的磁性材料制作人：邱偉1開關(guān)電源中的磁性材料引言開關(guān)電源中磁性元件與磁性材料的關(guān)系磁性材料的分類不同磁性材料的性能及應用2 目前，航天與空間技術(shù)、計算機與通信技術(shù)中，開關(guān)電源的應用較為廣泛，逐漸占據(jù)了主要位置，它具有功率小，效率高（7090%），穩(wěn)壓范圍寬及體積小，重量輕等特點。開關(guān)電源中的磁性元件是決定電源效率，品質(zhì)的關(guān)鍵因素。3在我們的日常生活中，磁性材料也是無處在以汽車為例，從啟動機到電動車窗、雨刷器等等，一輛汽車要用數(shù)十個大大小小的電動機，而要制造電動機，需要大量的永磁材料作為定子、軟磁材料作為轉(zhuǎn)子； 4 開關(guān)電源中用到的磁性元件有高頻扼流圈，開關(guān)變壓器，磁性放大器，脈沖變壓

2、器，過濾電感等，這些磁性元件所選用磁芯材料直接影響著開關(guān)電源的效率和性能。開關(guān)變壓器是開關(guān)電源的核心元件之一，選擇合適的磁性材料是開關(guān)變壓器設(shè)計的關(guān)鍵對應不同工作狀態(tài)的開關(guān)電源變壓器，由于磁芯工作在磁化曲線的不同區(qū)域，應選用相應特征的磁性材料。開關(guān)變壓器的主要目標是提高效率，降低損耗，而磁芯的損耗主要由于磁滯損耗和渦流損耗造成。5返回 開關(guān)電源電路中用到的磁性材料種類很多，有鐵氧體，磁粉芯，合金帶（或片），非晶態(tài)，超微晶軟磁材料。合理選用不同的軟磁材料，是優(yōu)化設(shè)計的重要途徑。幾種磁性材料特性做大致比較見下表：6 磁性材料主要是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等組成的能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì).

3、 磁性材料從材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上講，分為“金屬及合金磁性材料”和“鐵氧體磁性材料”兩大類，鐵氧體磁性材料又分為多晶結(jié)構(gòu)和單晶結(jié)構(gòu)材料。 7 從應用功能上講，磁性材料分為：軟磁材料、永磁材料、磁記錄-矩磁材料、旋磁材料等等種類。磁性材料從形態(tài)上講。包括粉體材料、液體材料、塊體材料 、薄膜材料等。 返回8磁性材料現(xiàn)在主要分兩大類，一類是軟磁，一類是硬磁； 軟磁相框軟磁年歷9軟磁包括硅鋼片和軟磁鐵芯；硬磁包括鋁鎳鈷、釤鈷、鐵氧體和釹鐵硼，這其中，最貴的是釤鈷磁鋼，最便宜的是鐵氧體磁鋼，性能最高的是釹鐵硼磁鋼，但是性能最穩(wěn)定，溫度系數(shù)最好的是鋁鎳鈷磁鋼，用戶可以根據(jù)不同的需求選擇不同的硬磁產(chǎn)品。 返回10磁性

4、材料是由鐵磁性物質(zhì)或亞鐵磁性物質(zhì)組成的，在外加磁場H 作用下，必有相應的磁化強度M 或磁感應強度B，它們隨磁場強度H 的變化曲線稱為磁化曲線。 112. 軟磁材料的常用磁性能參數(shù) 飽和磁感應強度：其大小取決于材料的成分，它所對應的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊排列。 剩余磁感應強度：是磁滯回線上的特征參數(shù)，H回到0時的B值 。 磁導率：是磁滯回線上任何點所對應的B與H的比值，該數(shù)值與器件工作狀態(tài)密切相關(guān)。 12 居里溫度Tc：鐵磁物質(zhì)的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發(fā)磁化消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕撆R界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。 初始磁導率i、最大磁導率m、微分

5、磁導率d、振幅磁導率a、有效磁導率e、脈沖磁導率p。 13 鐵氧體磁性的主要特點是電阻率遠大于金屬材料，這抑制了渦流的產(chǎn)生，是鐵氧體磁性能應用于高頻領(lǐng)域。按配方把高純粉狀的氧化物混合均勻，在經(jīng)過煅燒，粉碎，造粒，模壓成型，在高溫（1000-1400下燒結(jié)而成）低損耗FP系列磁芯適用于開關(guān)電源中DC/DC變換器的主變壓器和輸出平滑濾波扼流圈；高磁導率FH系列磁芯適用于開關(guān)電源中脈沖變壓器和噪聲濾波電感。14 金屬磁粉芯與磁性材料，由于金屬軟磁粉末被絕緣體包圍，形成分散氣隙，因而大大降低了金屬軟磁材料的高頻渦流損耗，使磁粉芯具有抗飽和特性和寬的頻率響應，適合于制作諧振電感，功率因數(shù)校正電感、輸出濾

6、波電感、EMI抗干擾電感。 其特點：飽和磁感應強度高，能工作于大電流下，性能穩(wěn)定可靠，磁導率具有優(yōu)異的頻率特性，線性溫度系數(shù)，環(huán)形結(jié)構(gòu)具有極低的電磁輻射，機械強度大，可直接繞較粗的漆包線，金屬磁粉具有出色的噪聲抑制和吸附能力。15 本 活 動 獎 品 由 Q 衣 族 提 供 超微晶軟磁材料，首鋼冶金研究所的鐵基超微晶磁芯已應用在航天電源產(chǎn)品中，F(xiàn)UM低損耗類，具有高頻損耗低、高飽和磁感用強度，低矯頑力的特性，工作頻率在1-300KHz；適用于高頻變換器、逆變器、開關(guān)變壓器。FUZ高矩形比類，具有高飽和、高導磁率、高矩形比的特性，適用于高頻磁放大器，磁開關(guān)尖峰抑制器。FUL低剩磁類，具有高脈沖磁導率、低損耗、低剩磁的特性，適用于單極性脈沖變壓器，開關(guān)電源、斬波器。16 非晶態(tài)軟磁材料，這里介紹兩種首鋼冶金研究所磁芯，AI恒導磁鐵基非晶，以AI-50（帶有間隙）為代表，具有高飽和磁感、高線性磁導率、低高頻損耗、良好的頻率特