铁氧体是一种半导体.pdf

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1、开关电源中磁性元器件赵修科非均匀截面磁芯，等效于一个等截面环形磁芯。等效环具有与非均匀截面相同的磁特性，等效环的几何参数就是非均匀截面磁芯的有效截面(Ae)，有效长度(le)和有效体积(Ve)。等效环形磁芯的磁阻为Rm=le/µeAe。对于非均匀形状的磁芯磁阻：1lleRm=⋅∑=(4-20)µAµAee磁芯电感可以用磁阻来计算（尺寸毫米）2−92N0.4π×10µNAeeL==(H)(4-21)Rlme例1变压器初级线圈匝数为N，磁芯有效截面积Ae，有效长度le，输入电压为2Usinωt，求磁芯中峰

2、值磁感应和磁芯中平均磁场强度。解：磁芯中峰值磁感应为99U2×102.25U×10B==()mTpω⋅A⋅Nf⋅A⋅Nee2其中Ae是有效截面积(mm)；U是电压(V)有效值；f＝ω/2π－频率(Hz)；N是匝数。磁芯中磁场强度为：IN2Hp=(A/m)le式中I－激磁电流有效值（假设电流波形为正弦波）（A）。如果磁芯截面积是不均匀的，通常磁芯有一个最小截面积Amin，在此截面上磁芯的磁感应强度为最大。即此磁芯截面不饱和，整个磁芯就不饱和。高频时最小截面损耗最大。B电感系数(AL)为了使磁芯电感容易计

3、算，在手册中给出电感系数AL，它表示磁芯具有1匝（或规定整数匝,例如1000匝）线圈时的电感量。如果线圈为N匝，电感量为2LNA=（4-22）L当AL为1000匝时电感量，N匝线圈电感量为26−LNA=×10(4-23)L手册中厂家给出了某结构尺寸磁芯的电感系数AL值，如果用作变压器，只要乘以初级的匝数平2方(N)，就可近似得到初级激磁电感量。如果有气隙，可由磁芯系数和有效磁导率来计算电感系数0.4πµ0.4πµAeeeA==(nH)(4-24)L∑A/lle式中长度单位为毫米。如果气隙δ相对磁芯截面

4、尺寸很小时，由式(4-16)和(4-17)有效磁导率可写为leµ=eδ这时电感系数简化为AA=µ()nH(4-25)L0δ从式（4-24)可知，对于一定的结构，已知有效尺寸和电感系数，就知道材料的有效磁导率μe。2材料性能（1）电阻率(ρ)53开关电源中磁性元器件赵修科-3铁氧体是一种半导体。对于锰锌(MnZn)铁氧体微晶态的直流电阻率在10Ωm数量级，对于镍锌(NiZn)铁氧体微晶态大约为30Ωm。因为在晶体之间有一个隔离层，体电阻率得到提高，锰锌铁氧46体0.1～20Ωm，NiZn铁氧体为10～1

5、0Ωm。电阻率还与温度和测量频率有关。表4-11和4-12清楚地说明了不同材料的电阻率与温度的关系。表4-11电阻率与温度的关系—3C80表4-12电阻率与温度的关系—4C6温度(℃)-2002050100温度℃020601005电阻率(Ωm)≈10≈7≈4≈2≈1电阻率(Ωm×10)≈500≈100≈10≈1在较高频率时，晶体的边界为它们之间的电容所短路，并因此阻抗减少，电阻率与频率的关系如表4-13和4-14所示。表4-13电阻率与频率关系—锰锌铁氧体表4-14电阻率与频率关系—镍锌铁氧体频率(M

6、Hz)0.1110100频率(MHZ)0.11101005443电阻率(Ωm)≈2≈0.5≈0.1≈0.01电阻率(Ωm)≈10≈5×10≈10≈10(2)磁化曲线铁氧体的低频磁滞回线如图4-19所示。由于在铁氧体中存500(mT)在粘结剂，与磁粉芯类似的原因，饱和过程是缓慢的。一般由400厂家规定某一磁场强度例如Hs=1200A/m所达到的磁感应强度时的磁通密度为磁芯材料的饱和磁感应Bs。300图4-19为磁化曲线与温度的关系。在100℃时，饱和磁感200应由常温（25℃）的0.42T下降到0.34

7、T。因此，在选择磁芯工作磁通密度时应考虑这一因素。100(3)损耗0246810A/cm33由式(4-6a)得到磁芯比损耗pt（mW/cm=kW/m）表示为25℃100℃αβ图4-19铁氧体低频磁滞回线pPVfB==/η（4-26）tTm对于大多数磁材料工作在50kHz以上时，式(4-25)中的α大300fB约为1.5～1.7，而β＝2～2.7。适当增加工作频率，同时相应减pv(kHz)(mT)3kW/cm100100少磁感应摆幅使磁芯温升不超过允许值。表4-15给出不同公司20050050损耗曲线拟

8、合数据。图4-20是在不同的磁感应摆幅和频率时，比损耗与磁材料温100030度的关系；图4-20是磁材料在100℃时，不同工作频率下，比损100100025耗与磁感应摆幅的关系。从图4-20可见，比损耗随温度增加有一个最小值。对于功率铁氧体一般在80~100℃左右之间达到谷点。在谷点温度以下，磁0材料温度增加，损耗减少，是一个负反馈过程。在谷点温度以上020406080100120T(℃)温度增加，损耗增加，是一个正反馈过程。因此一般功率磁芯温图4-20