
隨著電力及電訊技術的興起,軟磁磁芯開始被大量應用到電子電路設計當中。隨著軟磁材料的逐漸豐富,軟磁磁芯的種類也開始逐漸繁多起來,對于初次接觸軟磁材料的設計者來說想要一次性對這些材料進行了解是比較耗費時間的。針對于此,本文特意將常用軟磁磁芯的種類進行了匯總,并進行特點介紹,方面讀者進行區分。
鐵、鈷、鎳三種鐵磁性元素是構成磁性材料的基本組元。按(主要成分、磁性特點、結構特點)制品形態分類:粉芯類:磁粉芯,包括鐵粉芯、鐵硅鋁粉芯、高磁通量粉芯(High Flux)、坡莫合金粉芯(MPP)、鐵氧體磁芯
帶繞鐵芯:硅鋼片、坡莫合金、非晶及納米晶合金。
軟磁磁芯的特點
粉芯類特點如下:
磁粉芯
磁粉芯是由鐵磁性粉粒與絕緣介質混合壓制而成的一種軟磁材料。由于鐵磁性顆粒很小(高頻下使用的為0.5~5微米),又被非磁性電絕緣膜物質隔開,因此,一方面可以隔絕渦流,材料適用于較高頻率;另一方面由于顆粒之間的間隙效應,導致材料具有低導磁率及恒導磁特性;又由于顆粒尺寸小,基本上不發生集膚現象,磁導率隨頻率的變化也就較為穩定。主要用于高頻電感。磁粉芯的磁電性能主要取決于粉粒材料的導磁率、粉粒的大小和形狀、它們的填充系數、絕緣介質的含量、成型壓力及熱處理工藝等。
常用的磁粉芯有鐵粉芯、坡莫合金粉芯及鐵硅鋁粉芯三種。
磁芯的有效磁導率μe及電感的計算公式為:μe = DL/4N2S × 109
其中:D為磁芯平均直徑(cm),L為電感量(享),N為繞線匝數,S為磁芯有效截面積(cm2)。
鐵粉芯
常用鐵粉芯是由碳基鐵磁粉及樹脂碳基鐵磁粉構成。在粉芯中價格最低。飽和磁感應強度值在1.4T左右;磁導率范圍從22~100;初始磁導率μi隨頻率的變化穩定性好;直流電流疊加性能好;但高頻下損耗高。
坡莫合金粉芯
坡莫合金粉芯主要有鉬坡莫合金粉芯(MPP)及高磁通量粉芯(High Flux)。
MPP
是由81%Ni、2%Mo及Fe粉構成。主要特點是:飽和磁感應強度值在7500Gs左右;磁導率范圍大,從14~550;在粉末磁芯中具有最低的損耗;溫度穩定性極佳,廣泛用于太空設備、露天設備等;磁致伸縮系數接近零,在不同的頻率下工作時無噪聲產生。主要應用于300kHz以下的高品質因素Q濾波器、感應負載線圈、諧振電路、在對溫度穩定性要求高的LC電路上常用、輸出電感、功率因素補償電路等,
在AC電路中常用,粉芯中價格最貴。
高磁通粉芯HF是由50%Ni、50%Fe粉構成。主要特點是:飽和磁感應強度值在15000Gs左右;磁導率范圍從14~160;在粉末磁芯中具有最高的磁感應強度,最高的直流偏壓能力;磁芯體積小。主要應用于線路濾波器、交流電感、輸出電感、功率因素校正電路等,在DC電路中常用,高DC偏壓、高直流電和低交流電上用得多。價格低于MPP。
鐵硅鋁粉芯(Kool Mμ Cores)
鐵硅鋁粉芯由9%Al、5%Si、85%Fe粉構成。主要是替代鐵粉芯,損耗比鐵粉芯低80%,可在8kHz以上頻率下使用;飽和磁感在1.05T左右;導磁率從26~125;磁致伸縮系數接近0,在不同的頻率下工作時無噪聲產生;比MPP有更高的DC偏壓能力;具有最佳的性能價格比。主要應用于交流電感、輸出電感、線路濾波器、功率因素校正電路等。有時也替代有氣隙鐵氧體作變壓器鐵芯使用。
軟磁鐵氧體(Ferrites)特點
軟磁鐵氧體是以Fe2O3為主成分的亞鐵磁性氧化物,采用粉末冶金方法生產。有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn等幾類,其中Mn-Zn鐵氧體的產量和用量最大,Mn-Zn鐵氧體的電阻率低,為1~10
歐姆-米,一般在100kHZ以下的頻率使用。Cu-Zn、Ni-Zn鐵氧體的電阻率為102~104歐姆-米,在100kHz~10兆赫的無線電頻段的損耗小,多用在無線電用天線線圈、無線電中頻變壓器。磁芯形狀種類豐富,有E、I、U、EC、ETD形、方形(RM、EP、PQ)、罐形(PC、RS、DS)及圓形等。在應用上很方便。由于軟磁鐵氧體不使用鎳等稀缺材料也能得到高磁導率,粉末冶金方法又適宜于大批量生產,因此成本低,又因為是燒結物硬度大、對應力不敏感,在應用上很方便。而且磁導率隨頻率的變化特性穩定,在150kHz以下基本保持不變。隨著軟磁鐵氧體的出現,磁粉芯的生產大大減少了,很多原來使用磁粉芯的地方均被軟磁鐵氧體所代替。
國內外鐵氧體的生產廠家很多,在此僅以美國的Magnetics公司生產的Mn-Zn鐵氧體為例介紹其應用狀況。分為三類基本材料:電信用基本材料、寬帶及EMI材料、功率型材料。
電信用鐵氧體的磁導率從750~2300,具有低損耗因子、高品質因素Q、穩定的磁導率隨溫度/時間關系,
是磁導率在工作中下降最慢的一種,約每10年下降3%~4%。廣泛應用于高Q濾波器、調諧濾波器、負載線圈、阻抗匹配變壓器、接近傳感器。寬帶鐵氧體也就是常說的高導磁率鐵氧體,磁導率分別有5000、10000、15000。其特性為具有低損耗因子、高磁導率、高阻抗/頻率特性。廣泛應用于共模濾波器、飽和電感、電流互感器、漏電保護器、絕緣變壓器、信號及脈沖變壓器,在寬帶變壓器和EMI上多用。功率鐵氧體具有高的飽和磁感應強度,為4000~5000Gs。另外具有低損耗/頻率關系和低損耗/溫度關系。也就是說,隨頻率增大、損耗上升不大;隨溫度提高、損耗變化不大。廣泛應用于功率扼流圈、并列式濾波器、開關電源變壓器、開關電源電感、功率因素校正電路。
圖1 軟磁材料分類及應用簡圖
圖1為軟磁材料的分類及應用簡圖,讀者可根據圖中所示對本文中提及的軟磁磁芯的特點進行對照,從而進一步加深理解。在接下來的文章中,小編將繼續為大家收集關于軟磁磁芯的相關知識,請大家持續關注。
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