铁氧体磁芯

开关电源变压器磁设计系列（一）

电路拓扑选定后，就需要确定电路的工作频率和变压器的磁芯尺寸，确保变压器在体积最小的情况下获得所需的最大输出功率。

要确定频率和变压器磁芯尺寸，首先要得出输出功率与变压器各参数（磁芯截面积，磁心窗口面积，骨架面积，峰值磁通密度，变压器工作频率及线圈电流密度等）间的数量关系。

通常根据公式来选择变压器磁芯和工作频率的时候，先假设变压器磁芯和工作频率，然后根据假定的数值和其他的一些参数来换算出变压器功率。如果功率不符合要求，那么就需要更改先前的假设，重复以上的过程。

1. 变压器磁心材料，几何结构

a. 开关电源基本选用的是铁氧体磁心，它是一种陶瓷性的铁磁材料，由氧化铁和其他的锰，锌氧化物混合构成的晶体。其电阻率很高，故铁氧体的涡流损耗很低。如果所用材料损耗只源于磁滞损耗，则这种数值很小的损耗不会影响该材料使用在1MHz以上的场合。

不同氧化物，不同加工方式形成的磁芯，具有各自的优点。有的在高频（大于100KHz）铁损最小；有的高温（如90℃）下铁损最小；有的可以使在常用的高频和峰值磁通密度下铁损最小。

但是大多数的功率变压器的铁氧体的直流磁滞回线特性都是相似的。温度为100℃时，它们都在3000G---3200G

1,磁芯向有效截面积：Ae 2,磁芯向有效磁路长度：le 3,相对幅值磁导率：μa 4,饱和磁通密度：Bs

功率铁氧体磁芯

EI EI60 EI50 EI40 EI35 EI33 EI30 EI28 EI25 EI22 EI19 EI16 EE EE80 EE72 EE70 EE60 EE55 EE50 EE49 EE42 EE42/20 — — EE EE35 EE30 EE25 EE19 EE16 EE13 EE10 — — — — PQ PQ50/50 PQ40/40 PQ35/35 PQ32/30 PQ32/20 PQ26/25 PQ26/20 PQ20/20 PQ20/16 — UF102 EC EC90 EC70 EC52 ECI70 EER49/54 EER49/43 EER49/38 EER42/43 EER42/45 EER40/45 EER28L 常用功率铁氧体材料牌号技术参数

项目 μi Br Hc Tc P — — — — 公司 条件 — H=800A/m — — 单位 PC30 PC4

磁性的等效参数

磁性材料的特性，可以通过测定在理想磁芯上的理想绕组的阻抗来确定。所谓理想绕组，是指无损耗的绕组；而理想磁芯是指对尺寸有一定要求的环形磁芯，即，这种环形磁芯在半径方向上的厚度（即径向厚度）必须很小，这样，才能使磁环内各点的磁化状态接近均匀。实际的环形磁芯是不可能得到真正的均匀磁化的，其原因是：若在环形上均匀绕 匝线圈以后，挡在线圈中通过的电流为 时，该线圈在磁环中产生的磁场强度 为： 式中， 为磁环的半径，由上式可见，作用在磁环内的磁场强度与磁环的半径成反比。磁环的内经笑，该处的磁场强度 大；磁环的外径大，该处的磁场强度 小。其分布规律如图所示。由图可见，磁环的内经和外径的差别愈大，即环的径向厚大愈大，则磁环内的磁场强度的差别也就愈大。这样，磁芯的磁化状态就愈不均匀。所以，只有内经与外径相差较小，即磁环的径向厚度较小时，磁环内各点的磁化才比较均匀一致。在实际工作中常常需要建立磁芯的特性与材料特性之间的关系。通常假定材料本身是均匀和各向同性的，只考虑气隙的影响。实际上，只有环形磁芯才能基本满足这种假设。磁芯的形状愈复杂，磁路各部分的磁化状态的差别就愈大。下面，我们首先讨论闭合磁

宽温超低功耗软磁铁氧体磁芯

研制工作报告

一、企业简介

公司始建于2000年10月，是集多功能软磁材料研发、生产、销售及技术服务于一体的专业化公司。主导产品有高导和功率两大类等各种规格的软磁产品160多个品种，产品广泛应用于、4G基站、汽车电子、光伏太阳能、工业电源、家用电器、绿色照明领域。目前,公司产品己为、华为、、中兴、三星等国际知名品牌配套，产品性能达到国内领先水平,并且替代进口产品。

公司建有1000平米的研发中心，目前已被认定为市企业技术中心。公司重视企业研发经费投入，连续三年研发费用均占销售收入的5%。不断引进国际先进的研发设备，组建起了整套的中试装臵，目前拥有先进生产检测仪器 余台套；技术中心专业研发人员 人，其中中高级职称人员 人，另有外聘教授、专家 人，造就了一支知识结构完善、年龄结构合理的科研队伍。公司还与山东大学 建立了长期的合作关系，形成了产、学、研于一体的研发平台，使企业长期保持较强的技术创新能力。研发团队由总经理为负责人，副总经理为技术负责人，具有长期从事软磁材料研究、生产和管理的经验，采用国际先进的检测技术与管理模式，可完全根据用户和市场的要求，进行设计开

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发。

公司始终坚持“科学发

环型磁芯：

尺寸Dimensions(mm) 型号（TYPE） A T12X6X6 T12.7X7.9X6.35 T13X7X5 T14X8X7 T16X12X8 T16x9x8 T18x8x5 T18x12x6 T18.44x9.7x10.2 T18.7x11.2x5 T21x14x8 T22x11x7 T24.69x15x12 T25x15x13 T25x14.3x10.5 T28x16x13 T28x16x16 T29x19x12 T31x19x13 T38x19x13 T38x25x16 T3.5X1.83X2.06 T4X2X1.5 T4X2X2 T5X2.5X1.5 T5X2.5X2.5 T6X3X2 T6X3X3 T7X4X3 T7X4X4 T7.6X3.15X4.8 T9X5X3 12±0.4 12.7±0.4 13±0.5 14±0.4 16±0.4 16±0.5 18±0.5 18±0.5 18.44±0.5 18.7±0.5 21±0.5 22±0.5 24.69±0.5 25±0.5 25±0.5 28±0.6 28±0.6 29±0.6 31±0.6 38±0.6 38±0.6 3.5±0.2 4±0.3 4±0.

环型磁芯：

尺寸Dimensions(mm) 型号（TYPE） A T12X6X6 T12.7X7.9X6.35 T13X7X5 T14X8X7 T16X12X8 T16x9x8 T18x8x5 T18x12x6 T18.44x9.7x10.2 T18.7x11.2x5 T21x14x8 T22x11x7 T24.69x15x12 T25x15x13 T25x14.3x10.5 T28x16x13 T28x16x16 T29x19x12 T31x19x13 T38x19x13 T38x25x16 T3.5X1.83X2.06 T4X2X1.5 T4X2X2 T5X2.5X1.5 T5X2.5X2.5 T6X3X2 T6X3X3 T7X4X3 T7X4X4 T7.6X3.15X4.8 T9X5X3 12±0.4 12.7±0.4 13±0.5 14±0.4 16±0.4 16±0.5 18±0.5 18±0.5 18.44±0.5 18.7±0.5 21±0.5 22±0.5 24.69±0.5 25±0.5 25±0.5 28±0.6 28±0.6 29±0.6 31±0.6 38±0.6 38±0.6 3.5±0.2 4±0.3 4±0.

第一章 MnZn铁氧体的关键磁参数

1.1 引言

铁氧体磁性即亚铁磁性，来源于被氧离子所分隔的磁性金属离子间的超交换相互作用，它使处于不同晶格位置上的金属离子磁矩反向排列。当相反排列的磁矩不相等时，则表现出强磁性。很明显，铁氧体的基本特性与应用特性都与晶体结构、化学键及离子分布密切相关。本章由MnZn铁氧体的晶体结构研究入手，探讨分析MnZn铁氧体有关的基础理论，对本文所涉及的基本电磁参数如起始磁导率μi、损耗PL、饱和磁感应强度Bs、居里温度Tc等进行了分析，为本文的研究提供理论依据。

1.2 MnZn铁氧体的晶体结构及磁性来源 1.2.1 MnZn铁氧体的晶体结构

凡是晶体结构和天然矿石—镁铝尖晶石（MgAl2O4）的结构相似的铁氧体，称为尖晶石型铁氧体。我们研究的MnZn铁氧体就属于尖晶石型铁氧体。尖晶石型铁氧体的晶体结构属于立方晶系，其化学分子式可以MeFe2O4（或AB2O4）表示。其中，Me为金属离子Mg2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+、Fe2+、Li1+等；而Fe为三价离子，也可以被其他三价金属离子Al3+、Cr3+或Fe2+、Ti4+所代替。总之，只要几个金属离子的化学价总数为8价，能与四个氧离子化学价平衡即可，但也要注

文件编码

版本 研发部

0

页次 分发号

1

工作指令标题

制订部门

变压器磁芯承认标准

1、目的 制定铁芯认可规范，使铁芯认可过程中有依据可循。 2、适用范围 公司产品用到硅钢片、合金片、环形等铁芯。 3、职责 参照《材料认可程序》执行。 4、定义 4.1 铁芯：硅钢片(矽钢片),合金片等之总称。 4.2IO:标准变压器入铁后，次级开路时的空载电流。 4.3PO:标准变压器入铁后，次级开路时的空载损耗。 4.4L:标准变压器入铁后的电感值。 4.5 白片：未经过退火处理的铁片。 4.6 黑片：经过退火处理的铁片。 4.7 国内铁芯材料牌号及国外硅钢片牌号对照表：中 国 日 本 新日铁 日本工业 NSC(1975) JIS(1975) Z8H Z9H Z9 G09 Z10 35Z155 G10 美国 川 崎 AISI 英国 BS601 西德 DIN46400 俄罗斯

Q122G-30 Q137G-35 Q133-30 Q147-30 Q162-30 Q179-30 Q196-30 W270-35 W315-50 W360-50 W360-50 W400-50 W465-50 W540-50 W620-50 W800-50 W1050-50 W1300-50

M5

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

磁心型号

Ae,cm2

Ab,cm2 0.171 0.329 0.359 0.581 0.968 1.149 1.213 1.781 1.810 1.370 2.800 2.160 0.968 1.350 2.130 4.770 0．903 1.220 1.740 2.130 2.710 0.022 0.034

AeAb,cm4

各频率下的最大输出功率

20kHz

24kHz

48kHz

72kHz

96kHz

150kHz 200kHz 250kHz 300kHz

体积 Cm3

EE Cores,Ferroxcube-Philips

814E250 813E187 813E343 812E250 782E272 E375 E21 783E608 783E776 E625 E55 E75 Ec35 Ec41 Ec52 Ec70 ETD29 ETD34 ETD39 ETD44 ETD49 704 905

0.202 0.225 0.412 0.395 0.577 0.810 1.490 1.810 2.330 2.340 3.530 3.380 0.843 1.210 1.800 2.790 0．760 0.971 1

变压器磁芯的种类及应用

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