金属磁粉芯和mnzn铁氧体的对比分析-蒋胜勇

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1、金属磁粉芯和MnZn铁氧体的对比分析蒋胜勇一、金属磁粉芯和MnZn软磁铁氧体同属“软磁家族”二、金属磁粉芯目前市场份小但增长速度快于MnZn软磁增长的速度根据有关专家的初步统计，2006年金属磁粉芯在全球年销售额大约为1.8亿美元，占软磁材料的3%左右，其中高磁通、铁硅铝、铁镍钼在1亿美元左右。预计高磁通、铁硅铝、铁镍钼市场在未来几年将会以每年40%以上的速度增长，远大于铁氧体等软磁材料的增长速度。三、金属磁粉芯与MnZn软磁铁氧体的磁导率及Bs对比倍，但饱和磁通密度Bs高，两者相比约2倍1、金属磁粉芯磁导率远低于MnZn软磁铁氧体。从下表中可看出，金属磁粉芯磁导率在9-300左右

2、，同比低功耗MnZn磁导率在1800-3500，高导MnZn铁氧体磁导率在4000-18000。2、金属磁粉芯磁导Bs值明显高于MnZn软磁铁氧体。从下表中可看出，金属磁粉芯饱和磁通密度Bs在800-15000mT，同比MnZn为300-540mT。5四、不同类型金属磁粉芯的细致说明1、铁粉芯（1P）：是制造差模滤波器和无源PFC电感最廉价实用的材料。2、铁粉芯（3P、4P）：是制造功率扼流圈廉价实用的材料，但一般情况下应用于对空间要求不高的场合。如多数中低频（一般小于50kHz）UPS电源中大多采用4P材料作为输出扼流圈。特别提醒应用频率不应超过100kHz。很多情况下采用3P材

3、料制造差模滤波器或无源PFC电感是基于应用噪声问题。这里特别指出的是铁粉芯材料有两方面的缺点值得设计者关注，相关细节可以参考厂家的专业说明。一是铁粉芯材料由于磁致伸缩的原因，有时不可避免会造成噪声，一般1P材料最甚，3P、4P材料次之（不同品牌的铁粉芯材料磁致伸缩因子差异比较大），而其它类型的金属磁粉芯材料磁致伸缩因子几乎为零，不存在应用噪声问题。二是铁粉芯材料本身有热衰退问题，即长期在高温下（一般指100℃以上）使用会造成损耗永久增大，影响铁粉芯材料使用寿命。3、羰基铁T：由于采用超细铁粉制作，这种材料具有相对较小的涡流损耗，特别适宜于应用在频率100kHz-100MHz范围（大

4、家知道，磁性材料在小信号下主要表现为涡流损耗，较大信号即功率应用情况下超过100kHz时涡流损耗占主导地位），是制造高频功率扼流圈（特别是高频谐振电感）、RF调谐电感芯体理想的材料。4、高磁通H：制造功率扼流圈可以实现体积最小化（即最大功率密度）。在军工领域，考虑到体积最小化和性能最优化，更多选用H125材料制造差模滤波器和无源PFC电感。5、铁镍钼Y：制造功率扼流圈可以实现损耗最小化，此外由于μ选择范围宽，在某些特定场合（如高压小电流输出扼流圈）更具实用性。Y材料温度系数最小是军工领域应用最为普遍的重要原因。6、铁硅铝A：尽管偏磁性比H材料略差，损耗比Y材料略差，但由于价格低廉使

5、得A材料成为制造功率扼流圈性价比最高的材料。在民品市场，A材料几乎占据了金属磁粉芯扼流圈80%以上的市场份额。5五、金属磁粉芯的常见应用领域1．差模滤波器差模滤波器的设计比较简单，多数设计人员都知道用金属磁粉芯制造差模滤波器需要单层绕线但不知其故，其实原因很简单，单层绕线一般可以实现高频全频带范围内阻抗最大化。特殊情况下，如希望滤除更多低/高频干扰需要采用多层绕线/间绕。2．无源PFC电感通常应用频率（指逆变频率）不高（一般指低于50kHz）的情况下，采用有气隙的硅钢是制造无源PFC电感的较佳选择，但采用金属磁粉芯特别在较高频率下不失为实用的选择。3．功率扼流圈运用金属磁粉芯制作功

6、率扼流圈广泛应用在BUKE（如全桥、半桥、推挽开关电源输出扼流圈）、BOOST（如有源PFC电感）、CUKE、BUKE-BOOST（如单端反激变压器）等拓扑模式的电路中，也是功率谐振电感（移相补偿电感）的较佳选择。应用中最为常见的是开关电源输出扼流圈（BUKE）及有源PFC电感（BOOST）的设计。六、金属磁粉芯电阻率低，从而导致了高频功率损耗大1、东磁FeSiAl的损耗铁硅铝环形磁粉心，主要包括磁导率26,60,75,90及125五种材料，产品尺寸（外径）从6.35mm到640mm。损耗与直流叠加特性如下表：从表中可以看出，在100kHz，100mT测试条件下，其功耗损耗接近10

7、00kW/m3，同比MnZn功率铁氧体的损耗只有40-90kW/m3，金属磁粉芯的损耗是MnZn功率铁氧体10-20余倍。2、东磁FeNiMo（即MPP）合金的损耗铁镍钼环形磁心，主要包括磁导率60、125及160几种，产品尺寸（外径）从6.35~64mm。损耗与直流叠加特性如下表：3、东磁FeNi合金的损耗铁镍环形磁粉心，主要包括磁导率60，125二种材料，产品尺寸(外径)从6.35mm到564mm，损耗与直流叠加特性如下表：七、磁粉心生产工艺流程磁粉心生产的一般工