表10-15正激变换器拓扑最大可能输出功率
输出功率（W）
磁芯A e(cm2) A w(cm2) A e A w(cm4) 20kHz 24kHz 48kHz 72kHz 96kHz 150kHz 200kHz 250kHz 300kHz 体积(cm3) E型磁芯 Philips
814E250 0.202 0.171 0.035 1.1 1.3 2.7 4.0 5.3 8.3 11.1 13.8 16.6 0.57 813E187 0.225 0.329 0.074 2.4 2.8 5.7 8.5 11.4 17.8 23.7 29.6 35.5 0.89 813E343 0.412 0.359 0.148 4.7 5.7 11.4 17.0 22.7 35.5 47.3 59.2 71.0 1.64 812E250 0.395 0.581 0.229 7.3 8.8 17.6 26.4 35.3 55.1 73.4 91.8 110.2 1.93 782E272 0.577 0.968 0.559 17.9 21.4 42.9 64.3 85.8 134.0 178.7 223.4 268.1 3.79 E375 0.810 1.149 0.931 29.8 35.7 71.5 107.2 143.0 223.4 297.8 372.3 446.7 5.64 E21 1.490 1.213 1.807 57.8 69.4 138.8 208.2 277.6 433.8 578.4 722.9 867.5 11.50 783E608 1.810 1.781 3.224 103.2 123.8 247.6 371.4 495.1 733.7 1031.6 1289.4 1547.3 17.80 783E776 2.330 1.810 4.217 135.0 161.9 323.9 485.8 647.8 1012.2 1349.5 1686.9 2024.3 22.90 E625 2.340 1.370 3.206 102.6 123.1 246.2 369.3 492.4 769.4 1025.9 1282.3 1538.8 20.80 E55 3.530 2.800 9.884 316.3 379.5 759.1 1138.6 1518.2 2372.2 3162.9 3953.6 4744.3 43.50 E75 3.380 2.160 7.301 233.6 280.4 560.7 841.1 1121.4 1752.2 2336.3 2920.3 3504.4 36.00 EC型磁芯 Philips
EC35 0.843 0.968 0.816 26.1 31.3 62.7 94.0 125.3 195.8 261.1 326.4 391.7 6.53 EC41 1.210 1.350 1.634 52.3 62.7 125.5 188.2 250.9 392.0 522.7 653.4 784.1 10.80 EC52 1.800 2.130 3.834 122.7 147.2 294.5 441.7 588.9 920.2 1226.9 1533.6 1840.3 18.80 EC70 2.790 4.770 13.308 425.9 511.0 1022.1 1533.1 2044.2 3194.0 4258.7 5323.3 6388.0 41.10 ETD型磁芯 Philips
ETD29 0.760 0.903 0.686 22.0 26.4 52.7 79.1 105.4 164.7 219.6 274.5 329.4 5.50 ETD34 0.971 1.220 1.185 37.9 45.5 91.0 136.5 182.0 284.3 379.1 473.8 568.6 7.64 ETD39 1.250 1.740 2.175 69.6 83.5 167.0 250.6 334.1 522.0 696.0 870.0 1044.0 11.50 ETD44 1.740 2.130 3.706 118.6 142.3 284.6 427.0 569.3 889.0 1186.0 1482.5 1779.0 18.00 ETD49 2.110 2.710 5.718 183.0 219.6 439.2 658.7 878.3 1372.3 1829.8 2287.2 2744.7 24.20
152
输出功率（W）
磁芯A e(cm2) A w(cm2) A e A w(cm4) 20kHz 24kHz 48kHz 72kHz 96kHz 150kHz 200kHz 250kHz 300kHz 体积(cm3) P型（罐型）磁芯 Philips
704 0.070 0.022 0.002 0.0 0.1 0.1 0.2 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.07 905 0.101 0.034 0.003 0.1 0.1 0.3 0.4 0.5 0.8 1.1 1.4 1.6 0.13 1107 0.167 0.054 0.009 0.3 0.3 0.7 1.0 1.4 2.2 2.9 3.6 4.3 0.25 1408 0.251 0.097 0.024 0.8 0.9 1.9 2.8 3.7 5.8 7.8 9.7 11.7 0.50 1811 0.433 0.187 0.081 2.6 3.1 6.2 9.3 12.4 19.4 25.9 32.4 38.9 1.12 2213 0.635 0.297 0.189 6.0 7.2 14.5 21.7 29.0 45.3 60.4 75.4 90.5 2.00 2616 0.948 0.407 0.386 12.3 14.8 29.6 44.4 59.3 92.6 123.5 154.3 185.2 3.53 3019 1.380 0.587 0.810 25.9 31.1 62.2 93.3 124.4 194.4 259.2 324.0 388.8 6.19 3622 2.020 0.774 1.563 50.0 60.0 120.1 180.1 240.2 375.2 500.3 625.4 750.5 10.70 4229 2.660 1.400 3.724 119.2 143.0 286.0 429.0 572.0 893.8 1191.6 1489.6 1787.5 18.20 RM磁芯
RM5 0.250 0.095 0.024 0.8 0.9 1.8 2.7 3.6 5.7 7.6 9.5 11.4 0.45 RM6 0.370 0.155 0.057 1.8 2.2 4.4 6.6 8.8 13.8 18.4 22.9 27.5 0.80 RM8 0.630 0.310 0.195 6.2 7.5 15.0 22.5 30.0 46.9 62.5 78.1 93.7 1.85 RM10 0.970 0.426 0.413 13.2 15.9 31.7 47.6 63.5 99.2 132.2 165.3 198.3 3.47 RM12 1.460 0.774 1.130 36.2 43.4 86.8 130.2 173.6 271.2 361.6 452.0 542.4 8.34 RM14 1.980 1.100 2.178 69.7 83.6 167.3 250.9 334.5 522.7 697.0 871.2 1045.4 13.19 PQ磁芯Philips
42016 0.620 0.256 0.159 5.1 6.1 12.2 18.3 24.4 38.1 50.8 63.5 76.2 2.31 42020 0.620 0.384 0.238 7.6 9.1 18.3 27.4 36.6 57.1 76.2 95.2 114.3 2.79 42620 1.190 0.322 0.383 12.3 14.7 29.4 44.1 58.9 92.0 122.6 153.3 183.9 5.49 42625 1.180 0.502 0.592 19.0 22.7 45.5 68.2 91.0 142.2 189.6 236.9 284.3 6.53 43220 1.700 0.470 0.799 25.6 30.7 61.4 92.0 122.7 191.8 255.7 319.6 383.5 9.42 43230 1.610 0.994 1.600 51.2 61.5 122.9 184.4 245.8 384.1 512.1 640.1 768.2 11.97 43535 1.960 1.590 3.116 99.7 119.7 239.3 359.0 478.7 747.9 997.2 1246.6 1495.9 17.26 44040 2.010 2.490 5.005 160.2 192.2 384.4 576.6 768.8 1201.2 1601.6 2002.0 2402.4 20.45 注：表中输出功率按式（7.13）计算。P0=1.012fB max A c A w×10-2(W). 其中B ma=0.16T,如果在给定工作频率时材料允许B
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153
表10.－16 半桥或全桥最大输出功率
输出功率（W）
磁芯A e(cm2) A w(cm2) A e A w(cm4) 20kHz 24kHz 48kHz 72kHz 96kHz 150kHz 200kHz 250kHz 300kHz 体积(cm3) E型磁芯 Philips
814E250 0.202 0.171 0.035 3.1 3.7 7.4 11.2 14.9 23.2 30.9 38.7 46.4 0.57 813E187 0.225 0.329 0.074 6.6 8.0 15.9 23.9 31.8 49.7 66.3 82.9 99.5 0.89 813E343 0.412 0.359 0.148 13.3 16.0 31.8 47.8 63.6 99.4 132.5 165.7 198.8 1.64 812E250 0.395 0.581 0.229 20.6 24.8 49.3 74.1 98.7 154.2 205.6 257.0 308.4 1.93 782E272 0.577 0.968 0.559 50.0 60.3 120.1 180.4 240.2 375.3 500.4 626.6 750.7 3.79 E375 0.810 1.149 0.931 83.4 100.5 200.1 300.6 400.2 625.4 833.9 1042.4 1250.8 5.64 E21 1.490 1.213 1.807 161.9 195.2 388.6 583.8 777.2 1214.6 1619.4 2024.3 2429.1 11.50 783E608 1.810 1.781 3.224 288.8 348.1 693.1 1041.2 1386.2 2166.2 2888.4 3610.4 4332.5 17.80 783E776 2.330 1.810 4.217 377.9 455.5 906.7 1362.8 1813.4 2834.0 3778.7 4623.4 5668.1 22.90 E625 2.340 1.370 3.206 287.2 346.2 689.2 1035.5 1378.5 2154.3 2872.4 3590.5 4308.6 20.80 E55 3.530 2.800 9.884 885.6 1067.5 2125.1 3192.5 4250.1 6642.0 8856.1 11070.1 13284.1 43.50 E75 3.380 2.160 7.301 654.2 788.5 1569.7 2358.2 3139.3 4906.1 6541.5 8176.9 9812.3 36.00 EC型磁芯 Philips
EC35 0.843 0.968 0.816 73.1 88.1 175.4 263.6 350.9 548.4 731.2 913.9 1096.7 6.53 EC41 1.210 1.350 1.634 146.4 176.4 351.2 527.6 702.4 1097.7 1463.6 1829.5 2195.4 10.80 EC52 1.800 2.130 3.834 343.5 414.1 824.3 1238.4 1648.6 2576.4 3435.3 4294.1 5152.9 18.80 EC70 2.790 4.770 13.308 1192.4 1437.3 2861.3 4298.6 5722.6 8943.2 11924.2 14905.3 17886.4 40.10 ETD型磁芯
ETD29 0.760 0.903 0.686 61.5 74.1 147.6 221.7 295.1 461.2 614.9 768.6 922.4 5.50 ETD34 0.971 1.220 1.185 106.1 127.9 254.7 382.6 509.4 796.1 1061.4 1326.8 1592.1 7.64 ETD39 1.250 1.740 2.175 194.9 234.9 467.6 702.5 935.3 1461.6 1948.8 2436.0 2923.2 11.50 ETD44 1.740 2.130 3.706 332.1 400.3 796.8 1197.1 1593.7 2490.6 3320.8 4150.9 4981.1 18.00 ETD49 2.110 2.710 5.718 512.3 617.6 1229.4 1846.9 2458.8 3842.6 5123.4 6404.3 7685.1 24.20
154
磁芯A e(cm2) A w(cm2) A e A w(cm4) 20kHz 24kHz 48kHz 72kHz 96kHz 150kHz 200kHz 250kHz 300kHz 体积(cm3) P型（罐型）磁芯 Philips
704 0.070 0.022 0.002 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 1.0 1.4 1.7 2.1 0.07 905 0.101 0.034 0.003 0.3 0.4 0.7 1.1 1.5 2.3 3.1 3.8 4.6 0.13 1107 0.167 0.054 0.009 0.8 1.0 1.9 2.9 3.9 6.1 8.1 10.1 12.1 0.25 1408 0.251 0.097 0.024 2.2 2.6 5.2 7.8 10.4 16.3 21.8 27.2 32.7 0.50 1811 0.433 0.187 0.081 7.3 8.7 17.4 26.2 34.8 54.4 72.6 90.7 108.8 1.12 2213 0.635 0.297 0.189 16.9 20.4 40.5 60.9 81.1 126.7 169.0 211.2 253.5 2.00 2616 0.948 0.407 0.386 34.6 41.7 83.0 124.6 165.9 259.3 345.7 432.1 518.6 3.53 3019 1.380 0.587 0.810 72.6 87.5 174.2 261.6 348.3 544.4 725.8 907.2 1088.7 6.19 3622 2.020 0.774 1.563 140.1 168.9 336.1 505.0 672.3 1050.7 1400.9 1751.1 2101.3 10.70 4229 2.660 1.400 3.724 333.7 402.2 800.1 1202.9 1601.3 2502.5 3336.7 4170.9 5005.1 18.20 RM磁芯 Philips
RM5 0.250 0.095 0.024 2.1 2.6 5.1 7.7 10.2 16.0 21.3 26.6 31.9 0.45 RM6 0.370 0.155 0.057 5.1 6.2 12.3 18.5 24.7 38.5 51.4 64.2 77.1 0.80 RM8 0.630 0.310 0.195 17.5 21.1 42.0 63.1 84.0 131.2 175.0 218.7 262.5 1.85 RM10 0.970 0.426 0.413 37.0 44.6 88.8 133.5 177.7 277.7 370.2 462.8 555.4 3.47 RM12 1.460 0.774 1.130 101.3 122.0 243.0 365.0 485.9 759.4 1012.5 1265.6 1518.8 8.34 RM14 1.980 1.100 2.178 195.1 235.2 468.3 703.5 936.5 1463.6 1951.5 2439.4 2927.2 13.19 PQ磁芯 Philips
42016 0.620 0.256 0.159 14.2 17.1 34.1 51.3 68.2 106.7 142.2 177.8 213.3 2.31 42020 0.620 0.384 0.238 21.3 25.7 51.2 76.9 102.4 160.0 213.3 266.6 320.0 2.79 42620 1.190 0.322 0.383 34.3 41.4 82.4 123.8 164.8 257.5 343.3 429.2 515.0 5.49 42625 1.180 0.502 0.592 53.1 64.0 127.4 191.3 254.7 398.1 530.8 663.4 796.1 6.53 43220 1.700 0.470 0.799 71.6 86.3 171.8 258.1 343.6 536.9 715.9 894.9 1073.9 9.42 43230 1.610 0.994 1.600 143.4 172.8 344.1 516.9 688.1 1075.4 1433.9 1792.4 2150.9 11.97 43535 1.960 1.590 3.116 279.2 336.6 670.0 1006.6 1340.1 2094.2 2792.3 3490.4 4188.4 17.26 44040 2.010 2.490 5.005 448.4 540.5 1076.1 1616.6 2152.1 3363.3 4484.4 5605.5 6726.6 20.45 注：表中输出功率按式（7.23）计算。P0=2.864fB max A c A w×10-2(W). 其中B ma=0.16T,如果在给定工作频率时材料允许B
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常用铁氧体磁芯规格、型号与技术参数来源：中国变压器供应网发布时间：2007-10-20 0:00:00 功率铁氧体磁芯 EI EE EE PQ EC EI60EE80EE35PQ50/50EC90 EI50EE72EE30PQ40/40EC70 EI40EE70EE25PQ35/35EC52 EI35EE60EE19PQ32/30ECI70 EI33EE55EE16PQ32/20EER49/54 EI30EE50EE13PQ26/25EER49/43 EI28EE49EE10PQ26/20EER49/38 EI25EE42—PQ20/20EER42/43 EI22EE42/20—PQ20/16EER42/45 EI19———EER40/45 EI16——UF102EER28L 常用功率铁氧体材料牌号技术参数 项目条件单位PC30PC402500B B253C8N27μi——250023002500230020002000
Bms H=1200A/m mT510510490510450510 Br H=800A/m mT11795100130——Hc—A/m1214.315.915.918.820 Tc —℃>230>215>230>220>200>220 P200mT23℃ 25KHz60℃ 100℃KW/m31306009560090048 —KW/m390—70————KW/m3100—75————100mT60℃ 100KHz100℃ KW/m3—450—450———KW/m3—410—410—— 公司——TDK TDK TOKIN TOKIN FERROC XLUBE SIEMENS EI型磁芯规格及参数 型号A B C D E F H Ae (c㎡) Le (cm) Ve (cm3) AL nH/N2 μe EI1616——512.2—20.198 3.460.6711001575
目录 摘要...................................................................................................I ABSTRACT.............................................................................................II 引言 (1) 1 制备PC40锰锌功率软磁铁氧体材料所用添加剂的作用机理分析 (2) 2.1 CaO、SiO2的作用机理 (2) 2.2 TiO2的作用机理 (3) 2.3 Co2O3的作用机理 (4) 2 制备PC40锰锌功率软磁铁氧体的工艺过程分析 (5) 3 制备PC40锰锌功率软磁铁氧体的工艺控制技术 (6) 3.1 备料工序工艺控制技术 (6) 3.1.1 预烧料的制备………………………………………………………………… 6 3.1.1.1原材料的控制 (6) 3.1.1.2配方的选择 (6) 3.1.1.3混料与制浆 (7) 3.1.1.4造粒 (8)
3.1.1.5预烧 (9) 3.1.2 二次球磨 (10) 3.1.3 二次喷雾造粒 (10) 3.2 成型工序工艺控制技术 (11) 3.3 烧结工序工艺控制技术 (11) 3.4 磨加工工序工艺控制技术 (13) 4 工艺结果分析 (14) 5 检测 (14) 结论 (16) 致谢 (17) 参考文献 (18)
摘要 通过以CaO 、SiO2、TiO2以及Co2O3等添加剂的作用机理为依据，分析原材料(Fe2O3—MnO—ZnO)的化学特性得出合理的PC40锰锌功率软磁铁氧体配方；选择适合于该配方的工艺，进行工艺控制，制备出Bs=510m T，μi=2300，Pc=410mw/cm3(100℃)的高性能的PC40锰锌功率软磁铁氧体。 关键词：分析；选择；高性能；锰锌功率软磁铁氧体
z变压器基础知识 1、变压器组成： 原边（初级primary side ） 绕组 副边绕组（次级secondary side ） 原边电感（励磁电感）‐‐magnetizing inductance 漏感‐‐‐leakage inductance 副边开路或者短路测量原边 电感分别得励磁电感和漏感 匝数比：K=Np/Ns=V1/V2 2、变压器的构成以及作用： 1）电气隔离 2）储能 3）变压 4）变流 ●高频变压器设计程序： 1.磁芯材料 2.磁芯结构 3.磁芯参数 4.线圈参数 5.组装结构 6.温升校核 1.磁芯材料 软磁铁氧体由于自身的特点在开关电源中应用很广泛。 其优点是电阻率高、交流涡流损耗小，价格便宜，易加 工成各种形状的磁芯。缺点是工作磁通密度低，磁导率 不高，磁致伸缩大，对温度变化比较敏感。选择哪一类 软磁铁氧体材料更能全面满足高频变压器的设计要求， 进行认真考虑，才可以使设计出来的变压器达到比较理 想的性能价格比。 2.磁芯结构 选择磁芯结构时考虑的因数有：降低漏磁和漏感， 增加线圈散热面积，有利于屏蔽，线圈绕线容易，装配 接线方便等。 漏磁和漏感与磁芯结构有直接关系。如果磁芯不需 要气隙，则尽可能采用封闭的环形和方框型结构磁芯。 3.磁芯参数： 磁芯参数设计中，要特别注意工作磁通密度不只是受磁化曲线限制，还要受损耗的限制，同时还与功率传送的工作方式有关。 磁通单方向变化时：ΔB=Bs‐Br，既受饱和磁通密度限制，又更主要是受损耗限制，（损耗引起温升，温升又会影响磁通密度）。工作磁通密度Bm=0.6～0.7ΔB 开气隙可以降低Br,以增大磁通密度变化值ΔB，开气隙后，励磁电流有所增加，但是可以减小磁芯体积。对于磁通双向工作而言： 最大的工作磁通密度Bm，ΔB=2Bm。在双方向变化工作模式时，还要注意由于各种原因造成励磁的正负变化的伏秒面积不相等，而出现直流偏磁问题。可以在磁芯中加一个小气隙，或者在电路设计时加隔直流电容。 4.线圈参数： 线圈参数包括：匝数，导线截面（直径），导线形式，绕组排列和绝缘安排。 导线截面（直径）决定于绕组的电流密度。通常取J为2.5～4A/mm2。导线直径的选择还要考虑趋肤效应。如必要，还要经过变压器温升校核后进行必要的调整。 4.线圈参数： 一般用的绕组排列方式：原绕组靠近磁芯，副绕组反馈绕组逐渐向外排列。下面推荐两种绕组排列形式： 1）如果原绕组电压高（例如220V），副绕组电压低，可以采用副绕组靠近磁芯，接着绕反馈绕组，原绕组在最外层的绕组排列形式，这样有利于原绕组对磁芯的绝缘安排； 2）如果要增加原副绕组之间的耦合，可以采用一半原绕组靠近磁芯，接着绕反馈绕组和副绕组，最外层再绕一半原绕组的排列形式，这样有利于减小漏感。 5.组装结构：
软磁材料测量measurement of soft magnetic material 反映软磁材料磁特性的各种磁学参量的测量，是磁学量测量的内容之一。软磁材料一般指矫顽力Hc≤1000A/m的磁性材料，主要有低碳钢、硅钢片、铁镍合金、一些铁氧体材料等。软磁材料的各种磁性能决定了由该材料制成的磁性器件或装置的技术特性，因此，软磁材料测量在磁学量测量中占有重要位置。 表征软磁材料的磁特性有各种曲线，可按工业应用要求来选择。这些曲线主要是：工作在直流磁场下的静态磁特性曲线和反映磁滞效应的静态磁特性回线；工作在变化磁场（包括周期性交变磁场，脉冲磁场和交、直流叠加磁场等）之下、包括涡流效应在内的动态磁特性曲线和动态磁特性回线等。这些磁特性曲线的横坐标是加在被测材料上的磁场强度H，纵坐标是材料中的磁通密度B。这种表示方式使这些曲线只反映材料的性质,与材料的形状、尺寸无关。此外，软磁材料的动态磁特性还包括复数磁导率和铁损。 (1)静态磁特性测量 测量材料的静态磁特性曲线和磁特性回线，主要测量方法有冲击法和积分法两种。 ①冲击法：用以测量静态磁特性曲线，测量线路见图1。材料试样制成镯环形，并绕以磁化线圈和测量线圈。前者通过换向开关、电流表和调节电流的可变电阻接到直流电源上；后者接到冲击检流计上（见检流计）。开始测量时，通过电流表将磁化线圈中的电流调到某一数值，由电流表的读数、磁化线圈的匝数，以及材料试样的磁路几何参数，可计算出磁场强度H值。然后，利用换向开关、快速改变磁化线圈中的电流方向，使材料试样中的磁通密度的方向突然改变，于是在测量线圈中感应出脉冲电动势e，e使脉冲电流流过冲击检流计。检流计的最大冲掷与此脉冲电流所含的电量Q，也就是磁通的变化（△φ）成比例。△φ在数值上等于材料试样中磁通的两倍。由冲击检流计的读数和冲击常数（韦伯/格），以及材料试样的等效截面，可计算出相应的磁通密度B值。改变磁化电流，可测出静态磁特性曲线所需的所有数据。此种方法的准确度约为1％。 此主题相关图片如下：
常用铁氧体磁芯资料
PM型磁芯PM CORES 型号尺寸Dimensions(mm) Type A B C D E F PM50 49.15±0.85 39.65±0.65 19.70±0.30 5.50±0.10 26.80±0.40 38.80±0.20 PM62 61.00±1.00 48.0min 25.00±0.70 5.30±0.30 33.80±0.60 48.80±0.50 PM74 74.00 0 57.0min 29.00±1.00 5.40±0.30 41.00±0.80 59.00±0.60 -3.0 PM87 87.00 +2.0 66.5min 31.70±1.50 8.50±0.40 48.40±0.80 70.00±0.80 -3.0 PM114 114.00 0 88.0min 42.00±1.50 5.40±0.40 63.80±0.80 92.50±0.50 -5.0 型号磁芯参数Core parameter 重量LP2 LP3 Type C1 (mm- 1) Ae (mm2) le (mm) Ve (mm3) weight (g/pr.) AL(nH/N2 ±25%) Pc(W) (max) AL(nH/N2 ±25%) Pc(W) (max) PM50 0.227 370 84.0 31000 140 7700 3.1 PM62 0.190 570 109 62000 385 9700 6.2 PM74 0.162 790 128 101000 470 10000 3.5* PM87 0.161 910 146 133000 817 13000 4.0* 13000 2.7* PM114 0.116 1720 200 344000 1886 18000 10.3* 16000 6.9* 注:AL:1kHz,0.5mA,100Ts Pc:25kHz,200mT,100℃ 100kHz,200mT,100℃ EE型磁芯 EE CORES
常用磁芯参数表 【EER磁芯】 ■ 用途：高频开关电源变压器、匹配变压器、扼流变压器等。 【EE磁芯】 ■ 用途：电源转换用变压器及扼流圈、通讯及其他电子设备变压器、滤波器、电感器及扼流圈、脉冲变压器等。
【ETD磁芯】 ■ 用途：电源转换用变压器及扼流圈、通讯及其他电子设备变压器、滤波器。 【EI 磁芯】 ■ 用途：高频开关电源变压器、功率变压器、整流变压器、电压互感器等。 【ET 磁芯】 ■ 用途：滤波变压器 【EFD 磁芯】 ■ 用途：高频开关电源变压器器、整流变压器、开关变压器等。
【UF 磁芯】 ■ 用途：整流变压器、脉冲变压器、扼流变压器、电源变压器等。 【PQ 磁芯】 ■ 用途高频开关电源变压器、整流变压器等。 【RM 磁芯】 ■ 用途：高频开关电源变压器、整流变压器、屏蔽变压器、脉冲变压器、脉冲功率变压器、扼流变压器、滤波变压器。 【EP 磁芯】 ■ 用途：功率变压器、宽频变压器、屏蔽变压器、脉冲变压器等。
【H 磁芯】 ■ 用途：宽带变压器、脉冲变压器、脉冲功率变压器、隔离变压器、滤波变压器、扼流变压器、匹配变压器等。 软磁铁氧体磁芯形状与尺寸标准(一) 软磁铁氧体磁芯形状 软磁铁氧体是软磁铁氧体材料和软磁铁氧体磁芯的总称。软磁铁氧体磁芯是用软磁铁氧体材料制成的元件或零件，或是由软磁铁氧体材料根据不同形式组成的磁路。磁芯的形状基本上由成型（形）模具决定，而成型（形）模具又根据磁芯的形状进行设计与制造。 磁芯按磁力线的路径大致可分两大类；磁芯按具体形状分，有各种各样： 磁芯按磁力线路径分类 磁芯按使用时磁化过程所产生磁力线的路径可分为开路磁芯和闭路磁芯两类。 第一类为开路磁芯。这类磁芯的磁路是开启的（open magnetic circuits），通过磁芯的磁通同时要通过周围空间（气隙）才能形成闭合磁路。开路磁芯的气隙占磁路总长度的相当部分，磁阻很大，磁路中的部分磁通在达到气隙以前就已离开磁芯形成漏磁通。因而，开路磁芯在磁路各个截面上的磁通不相等，这是开路磁芯的特点。由于开路磁芯存在大的气隙，磁路受到退磁场作用，使磁芯的有效磁导率μe比材料的磁导率μi有所降低，降低的程度决定于磁芯的几何形状及尺寸。 开路磁芯有棒形、螺纹形、管形、片形、轴向引线磁芯等等。IEC 1332《软磁铁氧体材料分类》标准中称开路磁芯为OP类磁芯。 第二类磁芯为闭路磁芯。这类磁芯的磁路是闭合的（closed magnetic circuits），或基本上是闭合的。IEC 1332称闭路磁芯为CL类磁芯。磁路完全闭合的磁芯最典型的是环形磁芯。此外，还有双孔磁芯、多孔磁芯等等。
几种常用铁氧磁心在正激变换器托扑的最大输出功率速查表 各频率下的最大输出功率 磁心型号Ae,cm2 Ab,cm2 AeAb,cm420kHz 24kHz 48kHz 72kHz 96kHz 150kHz 200kHz 250kHz 300kHz 体积Cm3 EE Cores,Ferroxcube-Philips 814E250 0.202 0.171 0.035 1.1 1.3 2.7 4.0 5.3 8.3 11.1 13.8 16.6 0.57 813E187 0.225 0.329 0.074 2.4 2.8 5.7 8.5 11.4 17.8 23.7 29.6 35.5 0.89 813E343 0.412 0.359 0.148 4.7 5.7 11.4 17.0 22.7 35.5 47.3 59.2 71.0 1.64 812E250 0.395 0.581 0.229 7.3 8.8 17.6 26.4 35.3 55.1 73.4 91.8 110.2 1.93 782E272 0.577 0.968 0.559 17.9 21.4 42.9 64.3 85.8 134.0 178.7 223.4 268.1 3.79 E375 0.810 1.149 0.931 29.8 35.7 71.5 107.2 143.0 223.4 297.8 372.3 446.7 5.64 E21 1.490 1.213 1.807 57.8 69.4 138.8 208.2 227.6 433.8 578.4 722.9 867.5 11.5 783E608 1.810 1.781 3.224 103.2 123.8 247.6 371.4 495.1 773.7 1031.6 1289.4 1547.3 17.80 783E776 2.330 1.810 4.217 135.0 161.9 323.9 458.8 647.8 1012.2 1349.5 1686.9 2024.3 22.9 E625 2.340 1.370 3.206 102.6 123.1 246.2 369.3 492.4 769.4 1025.9 1282.3 1538.8 20.80 E55 3.530 2.800 9.884 316.3 379.5 759.1 1138.6 1518.2 2372.2 3162.9 3953.6 4744.3 43.50 E75 3.380 2.160 7.301 233.6 280.4 560.7 841.1 1121.4 1752.2 2336.3 2920.3 3504.4 36.00 EC Cores, ,Ferroxcube-Philips Ec35 0.843 0.968 0.816 26.1 31.3 62.9 94.0 125.3 195.8 261.1 326.4 391.7 6.53 Ec41 1.210 1.350 1.643 52.3 62.7 125.5 188.2 250.9 392.0 522.7 653.4 784.1 10.80 Ec52 1.800 2.130 3.834 122.7 147.2 294.5 441.7 588.9 920.2 1226.9 1533.6 1840.3 18.80 Ec70 2.790 4.770 13.208 425.9 511.0 1022.1 1533.1 2044.2 3194.0 4258.7 5323.3 6388.0 40.10 ETD Cores,Ferroxcube-philips ETD29 0．760 0．903 0．686 22．0 26.4 52.7 79.1 105.4 164.7 219.6 274.5 329.4 5.50 ETD34 0.971 1.220 1.185 37.9 45.5 91.0 136.5 182.0 284.3 379.1 473.8 568.6 7.64 ETD39 1.250 1.740 2.175 69.6 83.5 167.0 250.6 334.1 522.0 696..0 870.0 1044.0 11.50 ETD44 1.740 2.130 3.706 118.6 142.3 284.6 427.0 569.3 889.5 1186.0 1482.5 1779.0 18.00 ETD49 2.110 2.710 5.718 183.0 219.6 439.2 658.7 878.3 1372.3 1829.8 2287.2 2744.7 24.20 Pot Cores,Ferroxcube-philips 704 0.070 0.022 0.002 0.0 0.1 0.1 0.2 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.07 905 0.101 0.034 0.003 0.1 0.1 0.3 0.4 0.5 0.8 1.1 1.4 1.6 0.13
常用铁氧体磁芯规格、型号与技术参数 功率铁氧体磁芯 EI EE EE PQ EC EI60 EE80 EE35 PQ50/50 EC90 EI50 EE72 EE30 PQ40/40 EC70 EI40 EE70 EE25 PQ35/35 EC52 EI35 EE60 EE19 PQ32/30 ECI70 EI33 EE55 EE16 PQ32/20 EER49/54 EI30 EE50 EE13 PQ26/25 EER49/43 EI28 EE49 EE10 PQ26/20 EER49/38 EI25 EE42 — PQ20/20 EER42/43 EI22 EE42/20 — PQ20/16 EER42/45 EI19 — — — EER40/45 EI16 — — UF102 EER28L 常用功率铁氧体材料牌号技术参数 项目 条件 单位 PC30 PC40 2500B B25 3C8 N27 μi — — 2500 2300 2500 2300 2000 2000 Bms H=1200A/m mT 510 510 490 510 450 510 Br H=800A/m mT 117 95 100 130 — — Hc — A/m 12 14.3 15.9 15.9 18.8 20 Tc — ℃ >230 >215 >230 >220 >200 >220 P 200mT23℃ 25KHz60℃ 100℃ KW/m3 130 600 95 600 900 48 KW/m3 90 — 70 — — — KW/m3 100 — 75 — — — 100mT60℃ 100KHz100℃KW/m3 — 450 — 450 — — KW/m3 — 410 — 410 — — 公司 — — TDK TDK TOKIN TOKIN FERROCXLUB E SIEMENS
表10-15正激变换器拓扑最大可能输出功率 输出功率（W） 磁芯A e(cm2) A w(cm2) A e A w(cm4) 20kHz 24kHz 48kHz 72kHz 96kHz 150kHz 200kHz 250kHz 300kHz 体积(cm3) E型磁芯 Philips 814E250 0.202 0.171 0.035 1.1 1.3 2.7 4.0 5.3 8.3 11.1 13.8 16.6 0.57 813E187 0.225 0.329 0.074 2.4 2.8 5.7 8.5 11.4 17.8 23.7 29.6 35.5 0.89 813E343 0.412 0.359 0.148 4.7 5.7 11.4 17.0 22.7 35.5 47.3 59.2 71.0 1.64 812E250 0.395 0.581 0.229 7.3 8.8 17.6 26.4 35.3 55.1 73.4 91.8 110.2 1.93 782E272 0.577 0.968 0.559 17.9 21.4 42.9 64.3 85.8 134.0 178.7 223.4 268.1 3.79 E375 0.810 1.149 0.931 29.8 35.7 71.5 107.2 143.0 223.4 297.8 372.3 446.7 5.64 E21 1.490 1.213 1.807 57.8 69.4 138.8 208.2 277.6 433.8 578.4 722.9 867.5 11.50 783E608 1.810 1.781 3.224 103.2 123.8 247.6 371.4 495.1 733.7 1031.6 1289.4 1547.3 17.80 783E776 2.330 1.810 4.217 135.0 161.9 323.9 485.8 647.8 1012.2 1349.5 1686.9 2024.3 22.90 E625 2.340 1.370 3.206 102.6 123.1 246.2 369.3 492.4 769.4 1025.9 1282.3 1538.8 20.80 E55 3.530 2.800 9.884 316.3 379.5 759.1 1138.6 1518.2 2372.2 3162.9 3953.6 4744.3 43.50 E75 3.380 2.160 7.301 233.6 280.4 560.7 841.1 1121.4 1752.2 2336.3 2920.3 3504.4 36.00 EC型磁芯 Philips EC35 0.843 0.968 0.816 26.1 31.3 62.7 94.0 125.3 195.8 261.1 326.4 391.7 6.53 EC41 1.210 1.350 1.634 52.3 62.7 125.5 188.2 250.9 392.0 522.7 653.4 784.1 10.80 EC52 1.800 2.130 3.834 122.7 147.2 294.5 441.7 588.9 920.2 1226.9 1533.6 1840.3 18.80 EC70 2.790 4.770 13.308 425.9 511.0 1022.1 1533.1 2044.2 3194.0 4258.7 5323.3 6388.0 41.10 ETD型磁芯 Philips ETD29 0.760 0.903 0.686 22.0 26.4 52.7 79.1 105.4 164.7 219.6 274.5 329.4 5.50 ETD34 0.971 1.220 1.185 37.9 45.5 91.0 136.5 182.0 284.3 379.1 473.8 568.6 7.64 ETD39 1.250 1.740 2.175 69.6 83.5 167.0 250.6 334.1 522.0 696.0 870.0 1044.0 11.50 ETD44 1.740 2.130 3.706 118.6 142.3 284.6 427.0 569.3 889.0 1186.0 1482.5 1779.0 18.00 ETD49 2.110 2.710 5.718 183.0 219.6 439.2 658.7 878.3 1372.3 1829.8 2287.2 2744.7 24.20 152
铁氧体磁芯常识 铁氧体磁芯上绕上线圈可制成电感器或变压器，它们广泛用于仪器仪表，通信设备和家用电器中。铁氧体磁芯的材料牌号较多，几何形状也繁多，有柱形、工字形、帽形、单孔、双孔、四孔、U 形、罐形、E 形、EI 形，EC 形、RM 形，PQ 形、EP 形，见附图所示。每一种形状的磁芯自成一系列，供用户选用。
在铁氧体磁芯上绕上线圈制成的电感器与同体积的空心线圈相比电感量大，而且Q 值（品质因素）也高。如Gu －22×13 罐形磁芯，用它制成4mH 的电感器时，只要绕43 匝线圈就行了，如不用罐形磁芯，改为空心线圈，需绕600匝才能得到4mH 的电感器。由此可见，使用了磁芯后，可大大缩小电感器或变压器的体积。 软磁铁氧体材料可分为两大类：镍锌材料和锰锌材料。一般镍锌材料的初始导磁率μ i 约10 至1500 ，使用频率约从5 百千赫至几百兆赫。一般锰锌材料的初始导磁率μi 约从400 ～10000 ，使用频率从几千赫至500 千赫。 国内生产铁氧体磁芯的厂家很多，产品的命名方法各不相同，例如北京798 厂生产的铁氧体材料命名为NX0 －1 0 ，MX0 －2000 等。NX0—10 材料中“ N ”表示镍，“ X ”表示锌，“ 0 ”表示氧化物，“ 10 ”是初始导磁率μi 值，一般称这种材料为镍锌10 ；MX0—2000 材料中“ M ”表示锰，“ X ”表示锌，“ 0 ”表示氧化物，“ 2000 ”是初始导磁率μi 值。按国标规定，软磁铁氧体材料的命名方法是R××，其中R 表示“软”字汉语拼音的第一个字母，××表示初始导磁率及材料特性。 铁氧体生产厂一般都提供磁芯的电感系数A L 的数值。在常用的线圈中，A L 与电感量及匝数有下列关系： （1 ） L 是加上磁芯后的电感量，单位为毫微享（nH ），N 表示匝数（圈数）。A 的单位是nH ／匝2 ?由（1 ）式可知，如果已知磁芯的A L 值和需要的L 值，则可计算出匝数。例如，有一个罐形磁芯Gu －22×13 ，它的 A L =2200 ，用φ0.21 漆包线打算在此磁罐上绕制一个4mH 的电感器，则绕制匝数 N= = ≈42.6 圈 由于生产厂提供的 A L 值为最小值，所以绕成的电感器的L 值比4mH 大，再调整圈数，使L 值满足要求。如果有了磁芯，但不知 A L 值，可以先试绕一定圈数N 1 ，测出加磁芯线圈的电感值L 1 ，计算出 A L 值，即 A L =L 1 ／，然后再利用公式（1 ）计算匝数。 上述介绍的匝数计算方法只适用于一般线圈，不适用于开关电源中线圈。（吴其）
几种常用磁性器件中磁芯的选用及设计 开关电源中使用的磁性器件较多，其中常用的软磁器件有：作为开关电源核心器件的主变压器（高频功率变压器）、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。不同的器件对材料的性能要求各不相同，如表所示为各种不同器件对磁性材料的性能要求。 （一）、高频功率变压器 变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。变压器的设计公式如下： P=KfNBSI×10-6T=hcPc＋h W P W 其中，P为电功率；K为与波形有关的系数；f为频率；N为匝数；S为铁芯面积；B为工作磁感；I为电流；T为温升；P c为铁损；P W为铜损；h c和h W为由实验确定的系数。 由以上公式可以看出：高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积重量。但B值的增加受到材料的Bs值的限制。而频率f可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小。而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过来又影响使用频率和工作磁感的选取。一般来说，开关电源对材料的主要要求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里温度和好的温度稳定性，有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感、稳定性好，价格低。单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限，对材料磁性的要求有别于前述主变压器。它实际上是一只单端脉冲变压器，因而要求具有大的B＝Bm－Br，即磁感
Bm和剩磁Br之差要大；同时要求高的脉冲磁导率。特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储能要求。 线圈储能的多少取决于两个因素：一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L，另一个是工作磁场Hm或工作电流I，储能W＝1/2LI2。这就要求材料有足够高的Bs值和合适的磁导率，常为宽恒导磁材料。对于工作在±Bm之间的变压器来说，要求其磁滞回线的面积，特别是在高频下的回线面积要小，同时为降低空载损耗、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适的为封闭式环形铁芯，其磁滞回线见图所示，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。 通常，金属晶态材料要降低高频下的铁损是不容易的，而对于非晶合金来说，它们由于不存在磁晶各向异性、金属夹杂物和晶界等，此外它不存在长程有序的原子排列，其电阻率比一般的晶态合金高2－3倍，加之快冷方法一次形成厚度15-30微米的非晶薄带，特别适用于高频功率输出变压器。已广泛应用于逆变弧焊电源、单端脉冲变压器、高频加热电源、不停电电源、功率变压器、通讯电源、开关电源变压器和高能加速器等铁芯，在频率20－50kHz、功率50kW以下，是变压器最佳磁芯材料。 近年来发展起来的新型逆变弧焊电源单端脉冲变压器，具有高频大功率的特点，因此要
磁性器件中磁芯的选用及设计 开关电源中使用的磁性器件较多，其中常用的软磁器件有：作为开关电源核心器件的主变压器(高频功率变压器)、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。不同的器件对材料的性能要求各不相同，如表所示为各种不同器件对磁性材料的性能要求。 (一)、高频功率变压器 变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。变压器的设计公式如下： P=K*f*N*B*S*I×10-6T=hc*Pc+hW*PW 其中，P为电功率;K为与波形有关的系数;f为频率;N为匝数;S为铁芯面积;B为工作磁感;I为电流;T为温升;Pc为铁损;PW为铜损;hc和hW为由实验确定的系数。 由以上公式可以看出：高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积重量。但B值的增加受到材料的Bs值的限制。而频率f可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小。而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过来又影响使用频率和工作磁感的选取。一般来说，开关电源对材料的主要要求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里温度和好的温度稳定性，有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感、稳定性好，价格低。单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限，对材料磁性的要求有别于前述主变压器。它实际上是一只单端脉冲变压器，因而要求具有大的B=Bm-Br，即磁感Bm和剩磁Br之差要大;同时要求高的脉冲磁导率。特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储能要求。 线圈储能的多少取决于两个因素：一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L，另一个是工作磁场Hm或工作电流I，储能W=1/2LI2。这就要求材料有足够高的Bs值和合适的磁导率，常为宽恒导磁材料。对于工作在±Bm 之间的变压器来说，要求其磁滞回线的面积，特别是在高频下的回线面积要小，同时为降低空载损耗、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适的为封闭式环形铁芯，其磁滞回线见图所示，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。 通常，金属晶态材料要降低高频下的铁损是不容易的，而对于非晶合金来说，它们由于不存在磁晶各向异性、金属夹杂物和晶界等，此外它不存在长程有序的原子排列，其电阻率比一般的晶态合金高2-3倍，加之快冷方法一次形成厚度15-30微米的非晶薄带，特别适用于高频功率输出变压器。已广泛应用于逆变弧焊电源、单端脉冲变压器、高频加热电源、不停电电源、功率变压器、通讯电源、开关电源变压器和高能加速器等铁芯，在频率20-50kHz、功率50kW以下，是变压器最佳磁芯材料。
磁芯选择指南 来源:网络更新时间：2009-12-14点击数： 1
高频变压器设计时选择磁芯的两种方法 来源:网络 更新时间：2008-11-5 8:06:32 点击数： 42 在高频变压器设计时，首先遇到的问题，便是选择能够满闵杓埔蠛褪褂靡蟮拇判尽?lt;BR> 通常可以采取下面介绍的两种方法：面积乘积法和几何尺寸参数法。这两种方法的区别在于：面积乘积法是把导线的电流密度作为设计参数，几何尺寸参数法则是把绕组线圈的损耗，即铜损作为设计参数。 1 面积乘积法 这里讲的面积乘积。是指磁芯的可绕线的窗口面积和磁芯的截面积，这两个面积的乘积。 表示形式为WaAe ，有些讲义和书本上简写为Ap ，单位为 。 根据法拉第定律，我们有： 窗口面积利用情况有： KWα=NAw 变压器有初级、次级两个绕组。因此有： KWα=2NAw 或
0.5KWα=NAw 我们知道： Aw= 而电流有效值 I=Ip 得到以下关系式：0.5KWα= 即： 于是就有如下式：
由于：EδIp=Pi 又有：Pi= 最后得到如下公式： 这个公式适用于单端变压器，如正激式和反激式。 δ＜0.5，Bm-T,K-0.3～0.4，η-0.8～0.9,J-A/。推挽式的公式则为： 半桥式的公式则为： 这里的δ＞0.5，例如0.8～0.9。 单端变压器如正激式和反激式：Bm=△B=Bs-Br。 双端变压器如推挽式、半桥式和桥式：Bm=2Bpk。 全桥式公式与推挽式相同，但δ＞0.5，例如0.8～0.9。
在J=400A/，K=0.4，η=0.8，δ=0.4（单端变压器），δ=0.8（双端变压器）。公式简化如下： （单端变压器） （推挽式） （半桥式和桥式） 2 几何尺寸参数法 这个方法是把绕组线圈的损耗，即铜损作为设计参数。因此，公式正是由计算绕组线圈的铜损的公式演变而来的。 。变压器有两个绕组 这里为初级绕组电阻， 为次级绕组电阻。 由于
磁芯说明 E、I形磁芯 特点:具有高的导磁率，高饱和的磁通密度和很小的损耗。由于铁损和温度成负相关，因而可以防止温度的逐步上升，特别在100℃附近，功率损失最小。 用途:电源转换用变压器及扼流圈，通讯设备用变压器。 E形磁芯比罐形磁芯便宜，并有易缠绕和易组装的优点。然而，E形磁芯没有自屏蔽的功能。我们提供迭片尺寸的E形磁芯，可与市场上原本设计用于标准迭片尺寸的绕带冲压件的线圈管搭配。同时提供公制和DIN尺寸。E形磁芯可压制成各种厚度，提供不同截面的选择。E形磁芯的典型应用包括差模、功率和电信电感器，以及宽带变压器、电源、变换式和逆变式变压器。 E FD磁芯 特点: 卧式安装，可降低高度，备有多路输出，适用于密集型贴装。 用途: 适用于小功率开关电源。 符合行业标准的经济型平面设计(E FD)磁芯可为变压器或电 感器节省大量空间。其横截面特别针对超薄变压器而优化。E FD磁芯非常适合超薄变压器和电感器使用。 E TD磁芯 E TD磁芯是变压器或电感器的经济型选择。其圆形中柱可减小绕组电阻。而且，专门针对提高电源变压器效率而优化尺寸。 E TD磁芯的典型应用包括差模电感器和电源变压器。 E E R磁芯
E E R磁芯是变压器和电感器的经济型选择。在缩短缠绕路径长度上，其圆形中柱比方形中柱更具有优势。美磁E ER磁芯的典型应用包括差模电感器和电源变压器。 E C磁芯 特点:磁芯中心部份的断面呈圆形，绕线十分方便。绕线面积增加，可设计出大功率的开关变压器。 用途: 1、各类开关电源Dc-Dc、Ac-Dc、Ac-Ac 2、适宜各种电源形式：如：单端反激式、正激式推挽、半桥、全桥。 3、适用于家电、通讯、照明、办公自动化、卫星电视接收系统、军品等领域 设计功率参考表 U、I、UR磁芯 U形磁芯适用于窄小空间或罕见因素下的高功率操作。U形磁芯的长支柱有利于漏电感设计，以及与高压绝缘。U/I组合磁芯可节省组装费用。U形磁芯非常适用于电源变压器。 平面E、I形磁芯 平面E形磁芯不但有所有IEC标准尺寸，还有其他尺寸。适合特定用途，不需重新加工就可调整支柱长度和窗口高度(B和D尺寸)。因此，设计人员可以精确根据平面电感器可容纳高度，调整最终的磁芯规格，而不浪费空间。I形磁芯的标准尺寸，也提供设计上的灵活性。E-I面组合磁芯可用于需要表面粘结的大容量组装，还可用于制造有间隙的电感器磁芯(由于是平面构架，所以必须慎重考虑边缘损耗)。平面磁芯的典型应用包括差模电感器和DC-DC、AC-DC变频器。
华中科技大学 材料科学与工程学院试卷 （开卷，考察） 考试科目：磁性材料与器件 班级：功材1301-1302 考试日期：2016年6月30日 姓名：邓泽明 班级：功材1302 学号：U201311335 分数： 评卷人：于尧 石榴石铁氧体作磁性材料的应用 摘要：
石榴石型铁氧体是一种重要的亚铁磁性材料。自从1956 年石榴石型铁氧体问世以来，因其优越的磁、磁光、介电等特性而被广泛应用于旋磁材料、微波材料、磁光材料等领域。在自然界中，具有石榴石结构的矿物很多，一般的化学式为R3Fe5O12缩写为RIG，R表示三价稀土族金属离子。石榴石铁氧体中最重要的品种是Y3Fe5O12 (yttrium iron garnet缩写为YIG)，及以其为基础发展起来的一系列材料，一般称为YIG 型材料。被保持在磁化状态的YIG 型材料在超高频场内的磁损耗比其他任何品种的铁氧体要低一个到几个数量级，因而YIG型材料是超高频铁氧体器件中的一种特殊材料，同时也是研究铁氧体在超高频场内若干特性的不可缺少的样品。石榴石铁氧体的元素代换是亚铁磁性和晶体物理的基本研究课题，可能替微波，磁泡、磁光等铁氧体器件找出新的材料，因此这方面的研究在最近若干年来出现了异常活跃的局面。 引言： 铁氧体材料是一类重要的磁性材料,上个世纪四十年代开始人们就对其进行系统的研究和生产,取得了极其迅猛的发展,并在工业上广泛应用。随着铁氧体材料日益深入的应用,其在很多领域已经成为不可或缺的组成部分,包括通讯广播、自动控制、计算技术、仪器仪表,另外在宇航航行、卫星通讯、信息显示和污染处理等方面,也已经开辟了很好的应用前景。铁氧体与器件的发展一般和磁学、固体物理与化学、无线电、电子学等一些基础理论学科密切联系,它们之间彼此促进,相互发展,继而一些新应用领域被不断开辟出来。铁氧体材料是一类金属氧化物,就其电性来说,铁氧体的电阻率,近乎为绝缘,要比金属、合金等其它磁性材料大得多,而且还具有较高的介电性能,但就其磁性来讲,铁氧体在高频时具有很高的磁导率。因此,铁氧体已经成为高频弱电领域用途广泛的磁性材料。 1 铁氧体在特性和用途上的分类 铁氧体材料在特征和用途上基本可分为五大类：软磁铁氧体、硬磁铁氧体、旋磁铁氧体、矩磁铁氧体和压磁铁氧体。 1.1软磁铁氧体 在外界较弱的磁场下,易于被磁化也易于被退磁,例如锌铬铁氧体材料和镍锌铁氧体材料等。软磁铁氧体材料是目前用途广,种类多,数量多和产值高的一类铁氧体材料。软磁材料主要被用作各种各样的电感元件,例如滤波器、变压器和无
罐型磁芯 骨架和绕组几乎全部被磁芯包裹起来，致使它对EMI的屏蔽效果非常好;罐型磁芯尺寸均符合IEC标准，在制造的时候互换性非常好;可提供简单型骨架(无插针的)和P CB板安装骨架(有插针);由于罐型形状的设计，致使与其它类型同等尺寸的磁芯相比费用更高;由于它的形状不利于散热，因此不适于应用于大功率变压器电感器。 RM型磁芯 与罐型相比，切掉了罐型的两个对称的侧面，这重设计更有利于散热和大尺寸的引线引出;与罐形相比，节约了大约40%的安装的空间;骨架有无针型的和插针型的;可以采用一对夹子进行安装;RM型磁芯可以作成扁平形状(适合现在的平面变压器或者是直接把磁芯装配到已经设计好绕组的印制板电路上);虽然屏蔽效果不如罐型的好，但是仍然不错。 E型磁芯 与罐型磁芯相比，E型磁芯的费用要低的多，再加上绕制和组装都比较简单，这种磁芯形状现在应用最广，但是它的缺点是不能提供自我屏蔽;E型磁芯可以进行不同方向的安装，也可以几付叠加应用更大的功率;这种磁芯可以作成扁平形状(是现在平面变压器很流行的磁芯形状);也可以提供无针和插针型骨架;由于其散热非常好、可以叠加使用，一般大功率电感器和变压器都使用这种形状的磁芯。 EC、ETD和EER型磁芯 这些类型的磁心结构介于E型和罐型之间。和E型磁芯一样，他们能提供足够的空间供大截面的引线引出(适合现在开关电源低压大电流的趋势);这些形状的磁心散热也非常好;有于中心柱为圆柱形，与相同截面的长方体相比，单匝的绕组的长度缩短了11%，这样致使铜损也降低了11%，同时使的磁心能提供一个更高的输出功率;同时中心柱为圆柱形，与长方体中心柱相比，也避免了由于长方体棱角在绕制时破坏绕组线材绝缘的隐患。 PQ型磁心
磁芯的种类及应用: 1.磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变;以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。 2.软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，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Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。 矩形比：Br?Bs 矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷(杂质、应力等)。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关。 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。 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。 损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗 Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ，ρ降低，磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc;降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散(mW)/表面积(cm2) 3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料;合理确定磁芯的几何形状及尺寸;根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 一、软磁材料的发展及种类 1. 软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软