软磁铁氧体的损耗成因及解决措施.docVIP

软磁铁氧体的损耗成因及解决措施 ?摘要 软磁铁氧体损耗产生，原因在于软磁材料在弱交变场，即受磁化而储能，又由于各种原因造成B落后于H而产生损耗。软磁铁氧体的损耗分为：涡流损耗、磁滞损耗和剩余损耗。对于不同的软磁铁氧体材料，影响其磁性能的损耗也有所不同。在制造时，对于不同材料，我可以从配方及工艺出发，有针对性地提高磁性能、降低磁损耗。 ?关键词： 磁性能 磁损耗 ?引言 软磁铁氧体易磁化，也易退磁。目前，世界上软磁铁氧体的发展趋于平衡，年均增长率为２—3％，中国一直以来以较快速度发展（约年增１０％），因为国内民用电器量激增，以及信息产业的蓬勃发展，对软磁铁氧体的需求量不断增长． 　　　软磁铁氧体也是一种用途广　产量大的电子工业及机电工业和工厂产业的基础材料，它的应用影响着电子信息计算机与通讯的发展． 　工业生产的软磁氧体材料主要有ＭnZnFe2O4系、MgZnFe2O4 等尖晶石型铁氧体。中国从80年代中期到90年代初期软磁材料产量迅猛发展，产量跃居世界前列！正因为如此，软磁铁氧体通常为Mn—Zn铁氧体和Ni—Zi 铁氧体两种，使其在高频电磁应用中成为最好的选择，铁氧体材料主要可以分为以下三类应用： （1）、小信号铁氧体 广泛用于射频电路，通信电路，网络通信中，起信号隔离，宽带传输，信号匹配等功能。 （2）、功率传递铁氧体 广泛用在AC—DC，DC—DC等开关电源的变压器和滤波电感中。 （3）、抑制电磁干扰铁氧体 抑制和吸收各种传导和辐射噪声，以满足日益严格的电磁的要求。 世界各国对电子仪器及测量设备抗干扰性能也提出了更高的标准，因此以软磁铁氧体为基础的EMI磁性元件发展迅速，产品种类繁多，如电波吸收材料、倍频器、调制器等，现已成为现代军事电子设备、工业和民用电子设备的重要组成部分。 ? ? 1、 软磁铁氧体的涡流损耗成因及解决措施 ? 1、1涡流损耗 指的是软磁材料在交流磁化时，由于电阻率很低而产生的强大涡电流，最后以焦耳热的形式散失的能量损耗。即通过与晶体的交换作用造成的能量损耗，由于此涡流损耗在材料内部闭合；不能由导线向外输出故只能被材料吸收而发热。另外，涡流所感应产生的磁场使励磁场减弱。在高频下，对外磁场材料来说涡流感生的磁场把材料屏蔽了起来，趋肤效应就是材料在受交变场的磁化，只能渗透到一定深度，使得总的磁导率变小。 在比较低的频率下，材料的涡流损耗与样品的厚度d2 和 频率f 成正比，即涡流损耗为： e=π2u0d2 / 3ρ ? 由上式可知，降低涡流损耗的关键是减小样品的厚度d 和提高材料的电阻率ρ，对铁氧体常用有效厚度d1代替d，直径为d的圆柱的 d1=d/2 ，环形磁芯的高度h为壁厚b的两倍时，d12 = h2/6 ，而对于极扁的环形磁芯，如b/h≈10时，则d1=h ，表1 列出的几种罐形和环形磁芯d21值。其中的罐形磁芯 Φ18mm×11mm 的d1=9mm2 ，当采用高磁导率MnZn材料的电阻率 ρ=1Ω.m 时，则在 100K Hz下： ? tg d1 / ui = 0.6×10-6 ? 在高频范围内，当涡流损耗为主时，存在一个涡流截止频率fr=4ρ/πui u0d12 ，此时磁导率降到起始值的2/3。 表一几种罐形和环形磁芯的d1值mm ? ? ? ? ? 常用软磁铁氧体的电阻率ρ(10∽1010Ω.m)比金属软磁(ρ≤10-6Ω.m)要高得多，所以对于一些尺寸不大的磁芯的涡流损耗可以忽略。但是高ui 的 MnZn铁氧体和低损耗 铁氧体的涡流损耗中相当大的一部分，例如含Fe2+ 较多的高 ui 、MnZn材料ρ≤10-3∽10Ω.m，当用频率较高时，将具有相当大的涡流损耗，必须设法降低此损耗。最后以焦耳的形式散失如图一 : ? ? ? 这种磁通在铁芯内部的变化必然在次级绕组中产生感生电动势，而且，该感生电动势的大小应正比于单位时间内磁通量的变化: ? ? ε=-－dφ/ dt ? 由以上分析可知：在变压铁芯中出现涡流以后，会带来两个不利结果：一是降低了铁芯中的有效工作磁通，二是涡流在铁芯内流动，必然造成能量的额外损耗，这就是涡流损耗的起因。 2 、为了有效的降低涡流损耗，经过研究探讨有以下四种方法： ? 2.1、采用叠片铁芯并使叠片之间良好绝缘 ? 采用叠片铁芯，使叠片与叠片之间互相绝缘可以保证涡流在每一叠片内流动，这在软磁合金中，对降低涡流损耗十分有利。在一些高功率额定值的大型变压器中，除了要设法降低叠片材料本身的涡流损耗外，