开关电源技术作业 软磁材料在开关电源中的应用

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1、软磁材料在开关电源中的应用xxxxxxxxx1.软磁材料的定义当磁化过程（畴壁移动和畴磁化转动）发生在弱磁场中，Hc不大于1000A/m，这样的材料称为软磁体。2.软磁材料的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

2、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PeP=Ph+Pe=af+bf2+cPe∝f2t2/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

3、的分类3.1.合金磁材料：这类磁材料是由基本磁性材料铁、镍、钴或加入其它元素构成的合金。除恒导合金外，这类材料一般具有极高的相对磁导率(60000)，很高的饱和磁感应(0.6T～1.9T)和很窄的磁化曲线。主要有：硅钢片、铁镍软磁合金、非晶合金和微晶合金、宽恒导磁合金。3.2.磁粉芯：磁粉芯通常将磁性材料极细的粉末和作为粘结剂的复合物混合在一起，通过模压、固化一般形成环状的粉末金属磁芯。由于磁粉芯中存在大量非磁物质，相当于在磁芯中存在许多非磁分布气隙，在磁化时，这些分布气隙中要存储相当大的能量，因此可用这种磁芯作为

4、电感和反激变压器磁芯。3.3.软磁铁氧体材料：铁氧体是深灰色或黑色陶瓷材料，质地既硬又脆，化学稳定性好。铁氧体成分一般是氧化铁和其它金属组成一MeFe2B。其中Me表示一种或几种2价过渡金属，如锰(Mn)、锌(Zn)、镍(Ni)、钻(co)、铜(cu)、铁fie)或镁(Mg)。最普通的组合是锰和锌(MnZn)，或镍和锌(NiZn)。再加入其它金属。达到所希望的磁特性。在开关电源中，应用得最多的材料是软磁铁氧体。主要有两类：锰锌铁氧体和镍锌铁氧体。1.1.薄膜软磁材料的发展：薄膜软磁材料的生产方法，主要是物理沉积法(

5、例如溅射、蒸发、分子束外延等)和化学沉积法(例如电镀等)都是属于已经形成规模生产的技术。主要存在极大前景的材料：单层晶态合金薄膜软磁材料、单层非晶合金薄膜软磁材料、单层纳米微晶合金薄膜软磁材料、多层薄膜软磁材料、颗粒薄膜软磁材料。2.常见软磁材料在开关电源中的应用2.1.高频功率变压器用磁芯开关电源一般都工作在较高频率(如20KHz)，它要求磁芯材料在工作频率下功率损耗尽可能小，还要求有较高的饱和磁通密度。根据这一要求，能够适应制作功率变压器的磁芯材料包括铁氧体及非晶合金材料。2.2.滤波扼流圈用磁芯滤波扼流圈和变

6、压器不同，线圈中要流过直流电流和交流电流。因而对它的基本要求是流过较大的直流磁化电流时，有较大的电感量。同时，为避免铁芯饱和，常在铁芯的磁通路中增加磁隙，以增加磁阻，用以抵消直流磁场的影响。这个气隙调整得当，可得到理想的磁导率L，获得较大电感。然而由于气隙的存在，又带来许多新的弊端。例如,有效磁导率下降，气隙处电磁干扰严重，体积大，工艺复杂；同时，由于气隙调整困难，使电感量误差变大。具有线性磁滞回线、又称恒磁导性的磁芯，可以克服因气隙存在而带来的许多弊端，使设计简单、调试容易、干扰小。适用于开关电源电感的铁芯有铁粉

7、芯、钼玻莫合金(即铁镍钼磁粉芯MPP)、铁硅铝磁粉芯(MS)、铁氧体及非晶合金等。2.3.饱和电抗器开关电源中尖峰干扰主要来自于功率开关管和次侧整流二极管，用非线性饱和电感能有效抑制这种尖峰干扰，该电感具有较高的初始磁导率，高矩形比；串入电路后，当电流升高的瞬间，产生高阻抗，抑制尖峰电流,饱和后残余电感量小，稳定损耗小，通常串接在开关管和整流二极管上，这种可饱和电抗器件常称为尖峰抑制器。钴基非晶铁芯,矫顽力很小,显示出急剧磁化的上升趋势,铁芯的起始及最大电感值特别大,饱和后剩余电感几乎为零,因而成为尖峰抑制器的最佳

8、选择,但其Bs低,价格较高;而铁基非晶虽没有钴基非晶的理想矩磁特性,但因其价格比钴基非晶低得多,因而使用较多。3.结语磁性材料种类繁多，及的参数也多达几十种，应根据不同用途及性能要求，仔细选用磁芯材料，确保达到最佳效果。在开发过程中，除了考虑器件本身性能参数外，还不能脱离市场来考虑选择使用的器件和材料。磁性器件和软磁材料也不例外。在选择它们时，必须考虑价格因