一文讓你看懂電感磁芯材料

1、磁芯材料

基本概念
ui值

磁芯的初始透磁率，表示材料對(duì)于磁力線的容納與傳導(dǎo)能力。（ui=B/H）

AL值：電感系數(shù)。表CORE成品所具備的幫助線圈產(chǎn)生電感的能力。其數(shù)值等于單匝電感值,單位是nH/N2。
磁滯回線：1﹕B－H  CURVES  （磁滯曲線）
Bms：飽和磁束密度，表示材料在磁化過程中，磁束密度趨于飽和狀態(tài)的物理量，磁感應(yīng)強(qiáng)度單位﹕特斯拉＝104高斯。
我們對(duì)磁芯材料慢慢外加電流，磁通密度(磁感應(yīng)強(qiáng)度)也會(huì)跟著增加，當(dāng)電流加至某一程度時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)磁通密度會(huì)增加很慢，而且會(huì)趨近一漸進(jìn)線，當(dāng)趨近這一漸進(jìn)線時(shí)這個(gè)時(shí)候的磁通密度我們就稱為的飽和磁通密度（Bms）
Bms高：表明相同的磁通需要較小的橫截面積，磁性組件體積小。
Brms：殘留磁束密度，也叫剩余磁束密度，表示材料在磁化過程結(jié)束以后，外磁場(chǎng)消失，而材料內(nèi)部依然尚存少量磁力線的特性。
Hms：能夠使材料達(dá)到磁飽和狀態(tài)的最小外磁場(chǎng)強(qiáng)度，單位﹕A/m=104/2π奧斯特。
Hc：矯頑力，也叫保持力，是磁化過程結(jié)束以后，外磁場(chǎng)消失,因殘留磁束密度而引起的剩余磁場(chǎng)強(qiáng)度。因?yàn)槭Ｓ啻艌?chǎng)的方向與磁化方向一致，所以，必須施加反向的外部磁場(chǎng)，才可以使殘留磁束密度減小到零。
從磁滯回線我們可以看出：剩磁大，表示磁芯ui值高。磁滯回線越傾斜，表示Hms越大磁芯的耐電流大。矯頑力越大，磁芯的功率損耗大。
鐵粉芯：
鐵粉芯是磁芯材料四氧化三鐵的通俗說法，主要成分是氧化鐵，價(jià)格比較低，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度在1.4T左右：磁導(dǎo)率范圍從22-100，初始磁導(dǎo)率ui值隨頻率的變化穩(wěn)定性好，直流電流迭加性能好，但高頻下消耗高。
該材料可以從涂裝顏色來辨認(rèn)材質(zhì)，例如：26材：黃色本體/白色底面，52材：綠色本體/藍(lán)色底面。該類材料價(jià)格便宜，如果感量不很高，該材料是首選。可以根據(jù)感量大小和IDC要求，選擇所需材料，8材耐電流最好，26材最差，18材在兩者之間，但8材AL值很低。鐵粉芯材料一般都用來做小感量耐大電流的電感器。
該類材料最常用于TOROID CORE，一般有較好的耐電流特性。其表面阻抗介于Mn-Zn系與Ｎi-Zn系之間，有一定的導(dǎo)電能力，所以ＣＯＲＥ體表面均有絕緣涂裝層，TOROID CORE里的26.18.52材，均以鐵粉為主要成分。該類材料除用于制作環(huán)形常態(tài)電感外，也常用于制作環(huán)形變壓器。

該類材料很容易被外磁場(chǎng)所磁化,被外磁化后成品Ｌ值會(huì)有3~5%的升高,靜置3-5天后方可恢復(fù)初始值。

另有TOROID CORE 里８材。SF53材，有超強(qiáng)的耐電流特性，常用于制作耐電流10A以上的低感組件。(主機(jī)板常用)

鐵粉芯材料的表示方法一般為：T××-××,前面的兩位或三位數(shù)字表示磁環(huán)的外徑，計(jì)算方法： 外徑= ××*0.01 英寸 = ××*0.01*25.4 毫米；后面的兩位(或一位)數(shù)字或字母表示材質(zhì)。
例如：T106-26 表示外徑為1.06英寸(1.06*25.4=26.9毫米),材質(zhì)代碼為26的磁環(huán)。
鐵粉芯材料一般使用不同的涂裝顏色來區(qū)分不同的材質(zhì),國際采用統(tǒng)一涂色標(biāo)準(zhǔn)如下：
2材：  紅色本體，透明(FERRITE本色)底面
----這種材料的磁導(dǎo)率低(10)，比其它沒有加空隙損耗的材料更能降低操作時(shí)的AC通量密度。
8材：黃色本體，紅色底面，初始磁導(dǎo)率 (35)，
---這種材料在高偏流的情況下，磁芯損耗低，并且線性良好，是良好的高頻材料，也是最貴的材料。
18材：淡綠色本體，紅色底面，初始磁導(dǎo)率 (55)，
---這種材料跟8材一樣，磁芯損耗低，但是磁導(dǎo)率較高而成本較低，有良好的DC飽和特性
26材：黃色本體，白色底面，初始磁導(dǎo)率 (75)，
---最為通行的材料，是一種成本效益高的一般用途材料，適合功率轉(zhuǎn)換和線路過濾波等各種廣泛用途。
52材：淡綠色本體，藍(lán)色底面，初始磁導(dǎo)率 (75)，
---該材料在高頻下磁芯損耗比較低，而磁導(dǎo)率與-26材料相同，在新型的高頻抗流器上應(yīng)用廣泛。
28材：灰色本體，綠色底面
---具有良好的線性，低成本和相對(duì)低的磁導(dǎo)率，廣泛應(yīng)用與大尺寸的高功率UPS抗流器。
40材：綠色本體，黃色底面, 初始磁導(dǎo)率 (60)，
---最便宜的材料，其特性與26材頗相似，普遍應(yīng)用與較大的尺寸
33材：是一種可以替代8材但不昂貴的材料，適用與高頻時(shí)磁芯損耗不重要的情況，高偏流時(shí)線性良好。
53材：通體黑色(也有的表示為通體湖水綠色)；P3材： 通體天藍(lán)色
鐵粉芯材料特性：
1、飽和感應(yīng)強(qiáng)度高，能工作與大電流下。
2、性能穩(wěn)定，有效磁導(dǎo)率具有優(yōu)異的頻率特性。
3、具有較高的溫度特性，適用與-65℃-+125℃的溫度范圍。
4、環(huán)行結(jié)構(gòu)具有極低的電磁輻射，節(jié)省了屏蔽材料，降低了對(duì)屏蔽工作的要求。

5、鐵粉芯具有出色的噪音抑制和吸收能力，其性能優(yōu)于金屬迭片和鐵氧體。
Mn-Zn類：（70％Fe2O3  17％MnO  13％ZnO）

該材料導(dǎo)電能力很強(qiáng)，一般需要涂裝絕緣，涂裝層一般為綠色，通常是根據(jù)特性要求來選擇材料，對(duì)于較大感量通常選用Mn-Zn材料，Mn-Zn材料易磁飽和，即IDC1很小，通過廠商的產(chǎn)品目錄查出對(duì)應(yīng)的電感系數(shù)（AL值），再通過公式L=AL.N2算出所需要的圈數(shù)，Mn-Zn材料特性不穩(wěn)定，通常感量范圍要定為30%或以上！該材質(zhì)受外界溫度，壓力的影響比較明顯，因此一般我們?cè)谧鲈擃悩悠返臅r(shí)候通常把感量定到XXuH MIN，如果客戶有感量范圍要求時(shí)，我們必須要用自干型膠水（1005A/1005B）來固定BASE或隔板，切記不可烘烤！
該類材質(zhì)最常用于高感環(huán)形電感器。也廣泛用于EI,EE,UU型磁芯所構(gòu)成之濾波器。高頻變壓器等；DR CORE 偶爾有用到。
Mn-Zn系材料具有高ui值，適合做低圈高電感（環(huán)形電感耐電流差）其ui值常用Ｒxx表示,例如： Ｒ2.5Ｋ表示ui值為2500。
另外常用R5K，R7K，R8K，R10K，R12K，R15K等。
即使同等ui值材質(zhì)，其規(guī)格尺寸大小不同時(shí)，反應(yīng)出來的Al值亦不同，Al值正比于其有效橫截面積。
Mn-Zn材質(zhì)一般具有很小的表面阻抗，幾乎相當(dāng)于電的良導(dǎo)體，所以該類材質(zhì)必須有良好的絕緣層以隔絕線圈本體，否則極易產(chǎn)生初次級(jí)線圈之間的高壓擊穿。Mn-Zn系材質(zhì)，特別是其中的高ui材質(zhì)，其特性受溫度。應(yīng)力的影響極其顯著，并且無固定規(guī)律可循。待100℃~130℃烘烤后其L值一般升高10~15%。
Mn-Zn鐵氧體材料系列是一種高頻低功耗材料，它的特點(diǎn)是在高頻高磁通密度的條件下具有低的功耗，該材料主要運(yùn)用與開關(guān)電源，主變電源，主變壓器和電視，計(jì)算器機(jī)顯示器，CRT 管的變壓器磁芯。

Ni-Zn 鐵氧體

該類材料最為廣泛地應(yīng)用于CHOKE類電感線圈，其主要成分為三氧化二鐵，外加少量氧化鋅、氧化鎳、氧化銅、氧化鈷等微量元素構(gòu)成，特性穩(wěn)定，變異性小。各家協(xié)力廠商制造技術(shù)均已臻嫻熟，價(jià)位較低，是普通扼流線圈的首選磁芯。其中因微量元素的不同而致使該類材料又呈現(xiàn)出不同的特性 。
Ni-Zn磁環(huán)通常不涂色，要求測(cè)阻抗，即Z值。有時(shí)也要求感量。我們廠用到的Ni-Zn磁環(huán)并不多。一般都是RH，R6H，RID等BEAD類型，主要供貨商是優(yōu)磁。TOROID產(chǎn)品有時(shí)也會(huì)用到Ni-Zn材料。一般涂綠色，跟MN-ZN材料顏色一樣，要注意區(qū)分。
Ni-Zn材料具有很高的表面阻抗，是電的絕緣體，用來做EMI防磁干擾（低頻低阻抗，高頻高阻抗）
Ni-Zn材料一般都是具有低的飽和磁束密度（BS）與高的矯頑力（HC），無法耐大電流與多的磁滯損失，具有高的表面阻抗。
韓國CSC金屬磁粉磁環(huán)：
MPP類
MPP CORES鐵鎳鉬金屬磁粉芯

MPP 是由81%Ni、2%Mo及Fe粉構(gòu)成。主要特點(diǎn)是：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值在7500Gs左右；磁導(dǎo)率范圍大，從14～550；在粉末磁芯中具有最低的損耗；溫度穩(wěn)定性極佳，廣泛用于太空設(shè)備、露天設(shè)備等；磁致伸縮系數(shù)接近零，在不同的頻率下工作時(shí)無噪聲產(chǎn)生。主要應(yīng)用于300kHz以下的高質(zhì)量因素Q濾波器、感應(yīng)負(fù)載線圈、諧振電路、在對(duì)溫度穩(wěn)定性要求高的LC電路上常用、輸出電感、功率因素補(bǔ)償電路等, 在AC電路中常用, 粉芯中價(jià)格最貴。
該類材料一般表示為：CMXXX XXX 該材料IDC1很好，常用來做要求耐大電流的電感，價(jià)格昂貴，通常電感系數(shù)很低。材料的外觀與其它材料不同，一般涂裝層上有印字，其中前三位數(shù)字表示該CORE的外徑尺寸，后三位數(shù)字則表示該CORE的ui值。
ui值主要范圍：26，60，75，90，125，147，160
主要應(yīng)用于：高Q濾波器，負(fù)載線圈，諧振電路，射頻干擾濾波器，變壓器，扼流圈，差模電感濾波器，直流偏置輸出濾波器。
Sendust  鐵硅鋁磁粉芯

鐵硅鋁粉芯由9%Al、5%Si, 85%Fe粉構(gòu)成。主要是替代鐵粉芯，損耗比鐵粉芯低80%，可在8kHz以上頻率下使用；飽和磁感在1.05T 左右；導(dǎo)磁率從26～125；磁致伸縮系數(shù)接近0，在不同的頻率下工作時(shí)無噪聲產(chǎn)生；比MPP有更高的DC偏壓能力；具有最佳的性能價(jià)格比。主要應(yīng)用于交流電感、輸出電感、線路濾波器、功率因素校正電路等。有時(shí)也替代有氣隙鐵氧體作變壓器鐵芯使用。
該類環(huán)形磁環(huán)與MPP材料外觀表示方法基本一致，只是涂裝黑色，印字開頭為：CSXXX XXX 主要成份為鐵硅鋁,
ui值主要范圍：26，60，75，90，125
應(yīng)用：開關(guān)調(diào)整器或開關(guān)電源器中的功率電感，反激變壓器，脈沖變壓器，在線噪聲濾波器，扼流圈，調(diào)光燈相位控制電路，調(diào)速電機(jī)控制設(shè)備。
High Flux 鎳鐵磁粉芯

是由50%Ni、50%Fe粉構(gòu)成。主要特點(diǎn)是：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值在15000Gs 左右；磁導(dǎo)率范圍從14～160；在粉末磁芯中具有最高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，最高的直流偏壓能力；磁芯體積小。主要應(yīng)用于線路濾波器、交流電感、輸出電感、功率因素校正電路等, 在DC 電路中常用，高DC 偏壓、高直流電和低交流電上用得多。價(jià)格低于MPP。
CHXXX XXX字母開頭，主要應(yīng)用與：線路噪聲濾波器，開關(guān)調(diào)整電感，脈沖變壓器，反激變壓器。
ui值主要范圍：26，60，75，90，125
總結(jié)：以上三種磁粉芯的特點(diǎn)：
（1）具有高的飽和磁通密度，因此可以在較大的磁化場(chǎng)下不易被飽和。
（2）具有較高的有效導(dǎo)磁率。
（3）磁性能穩(wěn)定性好。

Mn-Zn
電感器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
電感器的頻率特性主要由三個(gè)因素影響
A、磁芯材料損耗的影響是最主要的，它導(dǎo)致Q值從最大值后呈現(xiàn)負(fù)斜率。
B、介電損耗也是影響的因素，特別是在高頻段尤為明顯。
C、第三個(gè)影響因素是分布電容和電感的自諧振效應(yīng)。
自諧振頻率對(duì)電感器的性能起到負(fù)面影響，自諧振頻率是由分布電容和自感所決定，而分布電容是由繞線方法所決定的。盡量減少分布電容是繞線設(shè)計(jì)中非常重要的考慮目標(biāo)。對(duì)于環(huán)型磁粉芯的繞線，它的有效電容是與電感并聯(lián)的，這個(gè)分布電容是線與線之間，層與層之間和繞線本身與磁粉芯之間的電容之和。
好的繞線設(shè)計(jì)技術(shù)就是要盡量縮小圈數(shù)之間的電壓，力求盡量減少分布電容，比如將繞線劃分成幾組，或者使用繞線排更可以有效較少電容量。在繞線和內(nèi)部分段連接技術(shù)中，應(yīng)盡量避免使輸入端與輸出端靠的太近，因?yàn)樵谥鴥蓚€(gè)部分具有圈與圈間最大的勢(shì)能，并因此而分布最大的有效電容值。同時(shí)，濕度指標(biāo)和灌封與封裝材料的絕緣常數(shù)也會(huì)提高分布電容值。

對(duì)于精密繞線磁芯，要求時(shí)間穩(wěn)定性高和溫度重復(fù)性好。所以在其溫度周期內(nèi)，必須讓繞線應(yīng)力得到釋放。在磁粉芯是繞制完的線圈必須要做盡量多的從室到125℃的溫度循環(huán)，這個(gè)溫度循環(huán)不僅僅是為了釋放應(yīng)力，而且還有去除濕度的作用，當(dāng)完成溫度循環(huán)后，必須要對(duì)電感器進(jìn)行電感量的最后調(diào)整。
繞線后磁芯必須保持干燥，盡快浸封，灌封或密封起來，應(yīng)仔細(xì)選擇灌封化合物材料，以避免有些材料隨時(shí)間和溫度收縮，而影響穩(wěn)定性。在繞線后磁芯外面加上一些墊襯材料可以改善這種影響。
對(duì)于設(shè)計(jì)工程師而言，了解熱老化引起磁芯損耗增加條件是十分重要。在高頻條件下，渦流損耗是主要損耗，而低頻下，磁泄損耗則是主要損耗。而各種損耗形式在總損耗中所占比例也會(huì)受到磁通密度的影響。受到高溫?zé)崂匣绊懙氖谴判緭p耗的渦流部分。

在鐵氧體磁芯內(nèi)采用開氣隙的方式，可降低磁芯的有效磁導(dǎo)率，從而降低工作的磁通密度，但這種氣隙可以造成嚴(yán)重的局部化氣隙損耗問題，當(dāng)頻率高于100KHz時(shí)，尤其顯著，在很多的例子里，氣隙損耗都會(huì)超過磁芯損耗，由于磁粉芯的氣隙是均勻分布的，所以這類局部化氣隙損耗基本上是不存在的。
如果選用任何不適當(dāng)?shù)拇判静牧匣蛐∮谥付ǔ叽绲拇判荆判緯?huì)因?yàn)檫M(jìn)行過高頻率的磁芯損耗而產(chǎn)生溫升，從而更可能導(dǎo)致熱衰敗。
在選擇適合的磁粉芯材料前，比尋確定電感器擺動(dòng)的重要性，選取原則是保證磁粉芯不被磁飽和為前提。
判斷磁粉芯溫度的"過熱點(diǎn)"的最佳方法是在磁芯打一個(gè)小的盲孔，并插入溫差電偶絲，要求電偶絲與磁芯緊密接觸才能得到精確結(jié)果，必須嚴(yán)密注意通風(fēng)死角的溫度情況，因?yàn)檫@些死角處的溫度比冷風(fēng)通道處的溫度要高。建議單元組件在最惡劣條件下運(yùn)行4-8小時(shí)，或運(yùn)行導(dǎo)電感器達(dá)到熱平衡為止。這樣才能獲得真正的磁粉芯的最高溫度。要注意磁粉芯有不同的導(dǎo)熱系數(shù)，會(huì)形成溫度分級(jí)情況。
磁粉芯的原料磁粉有磁力格化現(xiàn)象，即是說當(dāng)磁粉被磁化時(shí)，它們尺寸會(huì)發(fā)生輕微的變化，此情況在可聽頻率>20KHz以上應(yīng)用中無關(guān)緊要，但在某些50Hz的用途中，磁芯會(huì)有蜂鳴噪音出現(xiàn)，這種情況在E形磁芯比在環(huán)形磁芯更明顯，也會(huì)隨著交流磁通密度的變化而改變。