铁氧体磁芯-经典.ppt

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1、铁氧体磁心及其应用铁氧体磁心及其应用提提 纲纲软磁铁氧体材料及磁心基础知识软磁铁氧体材料及磁心基础知识软磁铁氧体的发展趋势软磁铁氧体的发展趋势铁氧体磁心的典型应用铁氧体磁心的典型应用软磁铁氧体材料及磁心基础知识软磁铁氧体材料及磁心基础知识 磁性材料的分类磁性材料的分类硬磁硬磁 ( (永磁永磁) ) 材料材料 金属永磁金属永磁(NdFeB/SmCo/AlNiCo)(NdFeB/SmCo/AlNiCo) 永磁铁氧体永磁铁氧体 (Sr/Ba)(Sr/Ba)软磁材料软磁材料 金属软磁金属软磁 (Fe/FeNi/FeSiAl/(Fe/FeNi/FeSiAl/非晶态合金非晶态合金/ /微晶微晶/ /纳米晶

2、纳米晶) )软磁铁氧体软磁铁氧体(MnZn/NiZn/MgZn)(MnZn/NiZn/MgZn)旋磁材料旋磁材料 旋磁铁氧体旋磁铁氧体( (尖晶石系尖晶石系/ /柘榴石系柘榴石系/ /六角晶系）六角晶系）矩磁材料矩磁材料 磁纪录材料磁纪录材料(-Fe2O3/CoO)(-Fe2O3/CoO) 软磁铁氧体的定义及特征软磁铁氧体的定义及特征软磁铁氧体是可表示为下列分子式的尖晶石晶体结构的软磁铁氧体是可表示为下列分子式的尖晶石晶体结构的磁性材料：磁性材料： MeOMeO FeFe2 2OO3 3 式中式中MeMe代表锰、镍、锌、铜、镁、钴等二价金属离子。代表锰、镍、锌、铜、镁、钴等二价金属离子。 软磁

3、铁氧体的主要优点软磁铁氧体的主要优点电阻率远大于金属磁性材料，这抑制了涡流的产生，电阻率远大于金属磁性材料，这抑制了涡流的产生，使铁氧体能应用于高频领域；采用陶瓷工艺易于制成使铁氧体能应用于高频领域；采用陶瓷工艺易于制成各种不同的形状和尺寸；化学特性稳定、不生锈；较各种不同的形状和尺寸；化学特性稳定、不生锈；较低的制造成本。低的制造成本。 软磁铁氧体的主要缺点软磁铁氧体的主要缺点饱和磁通密度较低，质地脆，易碎。饱和磁通密度较低，质地脆，易碎。种类繁多的软磁铁氧体磁心种类繁多的软磁铁氧体磁心 软磁铁氧体的主要用途软磁铁氧体的主要用途主要制成磁心用于各种电感器、变压器、滤波器和扼主要制成磁心用于各

4、种电感器、变压器、滤波器和扼流圈的制造，广泛应用于流圈的制造，广泛应用于现代电子信息领域，如电脑现代电子信息领域，如电脑及其外部设备、办公自动化设备、数字通信和模拟通及其外部设备、办公自动化设备、数字通信和模拟通信设备、互联网、家用电器、电磁兼容设备、绿色照信设备、互联网、家用电器、电磁兼容设备、绿色照明装置、工业自动化和汽车、航空、航天及军事领域。明装置、工业自动化和汽车、航空、航天及军事领域。软软磁磁铁铁氧氧体体具具有有广广泛泛的的用用途途 软磁铁氧体制造工艺流程软磁铁氧体制造工艺流程按照预定的配方称重，把高纯、粉状的氧化物按照预定的配方称重，把高纯、粉状的氧化物 ( (如如 FeFe2

5、2OO3 3、MnMn3 3OO4 4、ZnOZnO、NiONiO、MgOMgO等等 ) ) 混合均匀，再混合均匀，再经过预烧、粉碎、造粒，模压成型为毛坯，在高温经过预烧、粉碎、造粒，模压成型为毛坯，在高温 (1200(120014001400) )下烧结，再通过磨削加工、检查和下烧结，再通过磨削加工、检查和包装获得成品。包装获得成品。 软磁铁氧体的机理软磁铁氧体的机理磁心的显微结构磁心的显微结构放大放大500500倍倍磁畴及磁化过程磁畴及磁化过程磁化曲线及磁滞回线磁化曲线及磁滞回线1 1、初始磁导率、初始磁导率ii 初始磁导率是磁性材料的磁导率初始磁导率是磁性材料的磁导率 (= B/H) (

6、= B/H) 在磁在磁化曲线始端的极限值，即化曲线始端的极限值，即 式中式中 0 0为真空磁导率为真空磁导率(410(410-7-7 H Hm)m) H H为磁场强度为磁场强度(A(Am)m) B B为磁通密度为磁通密度( T )( T ) 软磁铁氧体的主要技术性能参数软磁铁氧体的主要技术性能参数磁导率和磁化曲线的关系磁导率和磁化曲线的关系 2. 2. 有效磁导率有效磁导率ee 为了绕制的方便，在变压器及滤波器等器件中为了绕制的方便，在变压器及滤波器等器件中, , 常采常采用两只形状相同的磁心配对构成闭合磁路。由于磁路各部用两只形状相同的磁心配对构成闭合磁路。由于磁路各部份形状尺寸不同，且配合

7、面不可避免有残余气隙份形状尺寸不同，且配合面不可避免有残余气隙 ( (为改善为改善性能性能, , 有时在磁路人为开制气隙有时在磁路人为开制气隙), ), 因此要用有效磁导率来因此要用有效磁导率来表征磁心的性能。表征磁心的性能。 式中式中 L L为装有磁心的线圈的电感量为装有磁心的线圈的电感量(H)(H) N N为线圈匝数为线圈匝数 lele为有效磁路长度为有效磁路长度(m)(m) AeAe为有效截面积为有效截面积 (m(m2 2 ) )开气隙提高了磁心抗饱和的能力开气隙提高了磁心抗饱和的能力3. 3. 饱和磁通密度饱和磁通密度Bs ( T )Bs ( T ) 磁化到饱和状态的磁通密度。磁化到饱

8、和状态的磁通密度。4. 4. 剩余磁通密度剩余磁通密度Br ( T )Br ( T ) 从饱和状态去除磁场后，剩从饱和状态去除磁场后，剩余的磁通密度。余的磁通密度。5. 5. 矫顽力矫顽力Hc( A/ m )Hc( A/ m ) 从饱和状态去除磁场后，磁从饱和状态去除磁场后，磁心继续被反向的磁场磁化，心继续被反向的磁场磁化，直至磁通密度减为零，此时直至磁通密度减为零，此时的磁场强度称为矫顽力。的磁场强度称为矫顽力。6. 6. 居里温度居里温度Tc (Tc ( ) ) 在该温度下材料由铁磁性在该温度下材料由铁磁性( (或亚铁磁性或亚铁磁性) ) 转变成顺磁性。转变成顺磁性。7. 7. 电阻率电阻

9、率 (/m) (/m) 具有单位截面积和单位长度的磁性材料的电阻。具有单位截面积和单位长度的磁性材料的电阻。8. 8. 密度密度d (kg/md (kg/m3 3 ) ) 单位体积材料的重量，即单位体积材料的重量，即d = W/Vd = W/V 式中式中 WW为磁心的重量为磁心的重量 (kg )(kg ) V V为磁心的体积为磁心的体积 ( m( m3 3 ) )9. 9. 功率损耗功率损耗Pc (kW/ mPc (kW/ m3 3) ) 磁心在高磁通密度下的单位体积损耗或单位重量损耗。磁心在高磁通密度下的单位体积损耗或单位重量损耗。该磁通密度可表示为该磁通密度可表示为Bm = E/ 4.44

10、f NAeBm = E/ 4.44f NAe 式中式中 BmBm为磁通密度的峰值为磁通密度的峰值 ( T )( T ) f f 为频率为频率 ( Hz )( Hz ) N N为线圈匝数为线圈匝数 AeAe为有效截面积为有效截面积 ( m( m2 2 ) ) E E为励磁电压有效值为励磁电压有效值 (V)(V) 磁滞损耗磁滞损耗PhPh、涡流损耗涡流损耗PePe和剩余损耗和剩余损耗PrPr之和构成功率损耗：之和构成功率损耗：功率损耗又可用经验公式表示：功率损耗又可用经验公式表示：Pc = C Pc = C f f a a BmBmb b 式中式中C C为常数，为常数，f f为工作频率，为工作频率

11、，BmBm为工作磁通密度，对于常为工作磁通密度，对于常见的功率铁氧体材料而言，见的功率铁氧体材料而言，a a为为1.21.2，b b约为约为2.52.5。PcPhPePrf BdH + Cf 2Bm2/+ Pr功率损耗的构成功率损耗的构成10. 10. 电感因数电感因数A AL L ( nH / N ( nH / N 2 2 ) ) 电感因数定义为具有一定形状和尺寸的磁心上每一匝电感因数定义为具有一定形状和尺寸的磁心上每一匝线圈产生的电感量，即线圈产生的电感量，即 A AL L = L / N = L / N2 2 式中式中 L L为为 装有磁心的线圈的电感量装有磁心的线圈的电感量 (H)(H

12、) N N为线圈匝数为线圈匝数NCD MnZnNCD MnZn软磁铁氧体材料分类软磁铁氧体材料分类 1 1、LPLP系列功率铁氧体材料，主要用于开关电源系列功率铁氧体材料，主要用于开关电源变压器、扼流圈及其它功率转换领域，包括变压器、扼流圈及其它功率转换领域，包括LP1LP1、LP3LP3、LP3ALP3A、LP4LP4、LP5LP5、LP9LP9、LP13LP13等。等。 2 2、HPHP系列高磁导率铁氧体材料，主要用于系列高磁导率铁氧体材料，主要用于EMIEMI滤波器和数字通讯领域的宽带、脉冲变压器，滤波器和数字通讯领域的宽带、脉冲变压器，包括包括HP1HP1、HP2HP2、HP3HP3、

13、HP3AHP3A等。等。N NC CD D功功率率铁铁氧氧体体材材料料特特性性NCDNCD高磁导率铁氧体材料特性高磁导率铁氧体材料特性常用铁氧体磁心的特点：常用铁氧体磁心的特点：E (EEE (EE、EFEF、EI): EI): 简单、经济的形状；方形截面不易绕制粗线；磁心有效面积较大；磁屏蔽较差。平面平面E E型型(Planar EE(Planar EE、Planar EI):Planar EI):低矮结构；低矮结构；小的漏磁通；小的漏磁通；寄生特性的重复性很好；寄生特性的重复性很好；易于装配；易于装配；节省成本；节省成本；可靠性高；可靠性高；热特性好，易于散热。热特性好，易于散热。EFDE

14、FD型型: :很低的结构高度；很低的结构高度；很高的传输功率密度；很高的传输功率密度；包括包括 SMDSMD骨架在内的范围很全的配件。骨架在内的范围很全的配件。EPEP型型: : 立方体设计有利于高密度装配；立方体设计有利于高密度装配； 优良的磁屏蔽；优良的磁屏蔽； 易于设计多路输出变压器。易于设计多路输出变压器。 ER ER型型: : 圆形中心柱；圆形中心柱； 边侧腿带有圆弧；边侧腿带有圆弧； 为获得更小的尺寸，备有为获得更小的尺寸，备有SMDSMD骨架和卡箍；骨架和卡箍； 中等的磁屏蔽效果。中等的磁屏蔽效果。ETDETD型：型：AC/DC AC/DC 转换器的最佳形状；转换器的最佳形状；开

15、关电源变压器最高频率可到开关电源变压器最高频率可到200kHz200kHz；传输一定功率的最小体积和重量；传输一定功率的最小体积和重量；高效率的安装部件；高效率的安装部件；中等的磁屏蔽。中等的磁屏蔽。 P( P(罐罐) )型：型：优良的磁屏蔽；优良的磁屏蔽；各种材料和尺寸规格齐全；各种材料和尺寸规格齐全；不易装配和安装；不易装配和安装；引出线困难；引出线困难；用作电源隔离困难。用作电源隔离困难。PQPQ型型: :圆形实心中柱及圆的绕线空间；圆形实心中柱及圆的绕线空间；矩形的外部设计；矩形的外部设计；磁心对的顶部和底部均为完全平面，与散热器可有良磁心对的顶部和底部均为完全平面，与散热器可有良好的

16、热接触；好的热接触；良好的磁屏蔽。良好的磁屏蔽。RMRM型型: :标准化的规格；标准化的规格；配件范围齐全；配件范围齐全；易于自动化绕线；易于自动化绕线；简单的安装系统；简单的安装系统；有效利用有效利用 PCB PCB 面积；面积；较宽的出线槽口；较宽的出线槽口；良好的磁屏蔽。良好的磁屏蔽。U U型型: : 简单、经济的形状；简单、经济的形状；可拼接使用于更大的功率；可拼接使用于更大的功率；大的尺寸；大的尺寸；没有自屏蔽效果。没有自屏蔽效果。环形环形(Ring)(Ring) 简单经济的形状；简单经济的形状； 非常低的杂散磁通和漏感；非常低的杂散磁通和漏感； 不容易绕线。不容易绕线。软磁铁氧体的

17、发展趋势软磁铁氧体的发展趋势更高的磁导率更高的磁导率更低的损耗更低的损耗更高的饱和磁通密度更高的饱和磁通密度更高的使用频率更高的使用频率更宽的使用温区更宽的使用温区更小的体积和重量更小的体积和重量更低矮的安装高度更低矮的安装高度更高的磁导率更高的磁导率TDKTDK：H5C2 (H5C2 ( =10000) H5C3 =10000) H5C3 ( ( =15000) =15000) H5C5 ( H5C5 ( =30000) =30000) 更低的损耗更低的损耗 TDK TDK： ： PC30PC30 ( (PcvPcv= =600kW/m600kW/m3 3) ) PC40PC40 ( (Pc

18、vPcv=410kW/m=410kW/m3 3) ) PC44PC44 ( (PcvPcv=300kW/m=300kW/m3 3) ) PC4PC47 7 ( (PcvPcv= =250250kW/mkW/m3 3) ) 更高的饱和磁通密度更高的饱和磁通密度F FDKDK： ：6H206H20 ( (BsBs= =390mT390mT) ) 4H454H45 ( (BsBs=450mT=450mT) ) 4H474H47 ( (BsBs=470mT=470mT) ) 4H50 4H50 ( (BsBs=500mT=500mT) ) FERROXCUBEFERROXCUBE： 3C90 (fma

19、x=300kHz) 3F3 (fmax=500kHz) 3C90 (fmax=300kHz) 3F3 (fmax=500kHz) 3F35 (fmax=1MHz ) 3F4 (fmax=2MHz )3F35 (fmax=1MHz ) 3F4 (fmax=2MHz )3F5 (fmax=4MHz )3F5 (fmax=4MHz )更高的使用频率（更高的使用频率（1 1）: :功率材料功率材料更高的使用频率（更高的使用频率（2 2）: : 高磁导率材料（更高的阻抗）高磁导率材料（更高的阻抗）更宽的使用温区（更宽的使用温区（1 1）：功率材料）：功率材料TDKTDK：PC40PC40（8011080

20、110损耗较低）损耗较低） PC95 PC95 （2512025120损耗较低）损耗较低）更宽的使用温区（更宽的使用温区（1 1）：高磁导率材料）：高磁导率材料TDKTDK：H5C2H5C2（室温以上使用）（室温以上使用） H5C4H5C4（零下（零下3030可使用）可使用）更小的体积和重量更小的体积和重量更低矮的安装高度更低矮的安装高度顺应世界铁氧体材料发展趋势的顺应世界铁氧体材料发展趋势的NCDNCD研发体系研发体系NCDNCD铁氧体材料和世界各主要厂商材料对应关系铁氧体材料和世界各主要厂商材料对应关系铁氧体磁心的典型应用铁氧体磁心的典型应用 信号处理（信号处理（ADSLADSL及及LAN

21、LAN宽带变压器）宽带变压器） 功率转换（开关电源、功率转换（开关电源、LCDLCD背光源逆变器、汽车电背光源逆变器、汽车电子子 、绿色照明）、绿色照明） EMIEMI抑制（共模扼流圈、抑制（共模扼流圈、EMIEMI滤波器）滤波器）大磁心的应用（逆变焊机、高频感应加热）大磁心的应用（逆变焊机、高频感应加热） 信号处理信号处理1 1、ADSLADSL宽带变压器宽带变压器2 2、LANLAN接口变压器接口变压器1 1、ADSLADSL宽带变压器（宽带变压器（Wideband transformer)Wideband transformer)ADSL ADSL （非对称数字用户传输线）（非对称数字用

22、户传输线） 通讯原理通讯原理图图 主要功能：阻抗匹配及隔离主要功能：阻抗匹配及隔离 主要技术要求：主要技术要求： 宽频带宽频带 （20kHz1.1MHz20kHz1.1MHz） 低低ILIL（Insert LossInsert Loss，插入损耗），插入损耗） 低低THDTHD（Total Harmonic DistortionTotal Harmonic Distortion，总谐波失真，总谐波失真 系数）系数） 低低ILIL和和THDTHD是保证是保证ADSLADSL传输距离、避免数据误差传输距离、避免数据误差的关键因素的关键因素关于关于THDTHD：定义定义THD=20lgTHD=20l

23、g（V V3 3/V/V1 1）V V1 1为基波的振幅，为基波的振幅，V V3 3为三次谐波的振幅为三次谐波的振幅THDTHD BB CDFCDFBB（材料磁滞系数）：与材料损耗特性有关材料磁滞系数）：与材料损耗特性有关CDFCDF（Core Distortion FactorCore Distortion Factor，磁心失真因数）：与，磁心失真因数）：与磁心形状及尺寸有关磁心形状及尺寸有关适合的材料：适合的材料： 高磁导率（高磁导率（40004000至至1000010000）、低）、低THD/THD/低低BB（0.2100.210-6-61/mT1/mT）材料如：材料如：ACME: A

24、101ACME: A101FERROXCUBE: 3E55FERROXCUBE: 3E55TDKTDK：DN70DN70NCD: HPXNCD: HPX（预研中）（预研中）适合的磁心：适合的磁心：EPEP、EPOEPO、EPXEPX（镜面研磨、中心柱（镜面研磨、中心柱开贯通气隙）开贯通气隙） 3E55 3E55特别适合特别适合ADSLADSL应用的低应用的低THDTHD材料材料THDTHD和温度的关系和温度的关系(10mT,25kHz)(10mT,25kHz)EPO,EPXEPO,EPX等等EPEP改进型磁心具有更低的改进型磁心具有更低的CDFCDF2 2、LANLAN（局域网）接口变压器（局

25、域网）接口变压器 主要功能：阻抗匹配、主要功能：阻抗匹配、EMIEMI抑制抑制主要技术要求：主要技术要求：最小的器件体积最小的器件体积100kHz100kHz高电感量高电感量 070070高直流叠加特性（高直流叠加特性（Idc8mAIdc8mA）适合的材料：适合的材料：高磁导率、高饱和磁通密度之高磁导率、高饱和磁通密度之“ “双高双高” ”材料，如材料，如FERROXCUBEFERROXCUBE：3E283E28TDKTDK：DN50DN50EPCOSEPCOS：T55T55适合的磁心：适合的磁心：H2.54/1.27 mm H2.54/1.27 mm 至至3.94/2.24mm3.94/2.

26、24mm磁环磁环 功率转换功率转换1 1、开关式电源（、开关式电源（AC-DCAC-DC、DC-DCDC-DC、DC-ACDC-AC）2 2、LCDLCD背光源逆变器背光源逆变器3 3、混合动力汽车、混合动力汽车DC-DCDC-DC转换器转换器4 4、绿色照明用电子镇流器、绿色照明用电子镇流器各种各样的开关电源和适配器各种各样的开关电源和适配器1 1、开关式电源、开关式电源 典型的开关电源电路及用于其中的磁性器件典型的开关电源电路及用于其中的磁性器件 开关电源基本电路原理：交流输入先经过开关电源基本电路原理：交流输入先经过EMIEMI滤波电滤波电路，然后经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关路

27、，然后经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关斩波电路变换成高频交流电，通过主变压器变压、隔斩波电路变换成高频交流电，通过主变压器变压、隔离后，由快速恢复二极管高频整流，再经过扼流圈、离后，由快速恢复二极管高频整流，再经过扼流圈、电容滤波后输出平滑直流。电容滤波后输出平滑直流。 开关电源常见的三种电路类型为：回扫型、正向型、开关电源常见的三种电路类型为：回扫型、正向型、推挽型：推挽型：三种电路的优缺点三种电路的优缺点根据电路类型选择适宜的磁心类型根据电路类型选择适宜的磁心类型可传输功率可传输功率磁心规格和输出功率的关系（磁心规格和输出功率的关系（100kHz100kHz开关电源）开关电源）材料性

28、能因子材料性能因子由铁氧体磁心制成的变压器，其通过功率直接正比于由铁氧体磁心制成的变压器，其通过功率直接正比于工作频率工作频率f f和最大可允许磁通密度和最大可允许磁通密度BmaxBmax的乘积。很明的乘积。很明显，对传输相同功率来说，高的（显，对传输相同功率来说，高的（f f BmaxBmax）乘积允许）乘积允许小的磁心体积；反之，相同磁心尺寸的变压器，采用小的磁心体积；反之，相同磁心尺寸的变压器，采用高（高（f f BmaxBmax）的铁氧体材料，可传输更大的功率。我）的铁氧体材料，可传输更大的功率。我们将此乘积称为们将此乘积称为“ “性能因子性能因子” ”（PFPF），这是与铁氧体），这

29、是与铁氧体材料有关的参数。材料有关的参数。功率铁氧体的功率铁氧体的PFPF特性特性 主变压器磁心技术要求：主变压器磁心技术要求：在工作频率范围内和工作温区内（一般为在工作频率范围内和工作温区内（一般为8080至至100100，便携式为，便携式为4040至至7070）有低的功率损耗，且温度系数）有低的功率损耗，且温度系数为负值；高饱和磁通密度。为负值；高饱和磁通密度。 适合的材料：适合的材料：LP3 (LP3 (200kHz, TDK PC40)200kHz, TDK PC40)LP3A (LP3A (300kHz300kHz，高性能，高性能，TDK PC44)TDK PC44)LP5 (300

30、kHz1MHzLP5 (300kHz1MHz，TDK PC50)TDK PC50)LP9 (LP9 (300kHz300kHz，宽温，宽温，TDK PC95)TDK PC95)2 2、LCDLCD背光源逆变器（背光源逆变器（LCD backligting inverter)LCD backligting inverter)液晶电视是将红蓝绿的滤光膜贴在黑白两色的液晶上，荧光灯从其背后照射液液晶电视是将红蓝绿的滤光膜贴在黑白两色的液晶上，荧光灯从其背后照射液液晶电视是将红蓝绿的滤光膜贴在黑白两色的液晶上，荧光灯从其背后照射液液晶电视是将红蓝绿的滤光膜贴在黑白两色的液晶上，荧光灯从其背后照射液晶而

31、表现图像的，上图是液晶显示出晶而表现图像的，上图是液晶显示出晶而表现图像的，上图是液晶显示出晶而表现图像的，上图是液晶显示出T T字母的样子。字母的样子。字母的样子。字母的样子。LCD TVLCD TV图像显示原理图像显示原理图像显示原理图像显示原理背光单元背光单元LCD面板面板LCD模组用框架模组用框架液晶显示用各种器件液晶显示用各种器件液晶显示用各种器件液晶显示用各种器件冷阴极射冷阴极射线管线管(CCFL)接口电路接口电路背光源逆变器背光源逆变器（Backlight Inverter）冷阴极射冷阴极射线管线管(CCFL)LCDLCD背光源逆变器背光源逆变器背光源逆变器背光源逆变器 晶体管晶

32、体管IC 扼流圈扼流圈 片式电感片式电感升压变压器升压变压器电阻电阻1 1推推2 2（2 2合合1 1）式）式升压变压器主要技术要求：升压变压器主要技术要求：在在50 100kHz50 100kHz内有低的损耗，损耗温度系数为负值，内有低的损耗，损耗温度系数为负值，低矮轮廓，高尺寸精度低矮轮廓，高尺寸精度 适合的材料为适合的材料为LP3LP3、LP3ALP3A、LP9LP9 适合的磁心形状为适合的磁心形状为EFDEFD、EE EE 、EIEI、CICI、UIUI3 3、混合动力汽车、混合动力汽车DC-DCDC-DC转换器转换器 混合动力汽车（混合动力汽车（HEVHEV）是由汽油机和电池两种动力

33、）是由汽油机和电池两种动力驱动的汽车，具有节能、低排放、低噪音等优点，并驱动的汽车，具有节能、低排放、低噪音等优点，并且保持了传统的由内燃机驱动的汽车续驶里程长的固且保持了传统的由内燃机驱动的汽车续驶里程长的固有特点，因此具有巨大的发展潜力和十分看好的市场有特点，因此具有巨大的发展潜力和十分看好的市场前景。随着油价的不断攀升和环保要求的提高，前景。随着油价的不断攀升和环保要求的提高，HEVHEV在今后在今后5 5年内将会有很大的发展。年内将会有很大的发展。 19971997年，丰田推出了世界上第一款批量生产的年，丰田推出了世界上第一款批量生产的HEV HEV PriusPrius（中文名称普锐

34、斯）。（中文名称普锐斯）。丰田丰田 Prius Prius 外形图和动力系统原理图外形图和动力系统原理图 为了实现复杂的动力转换和传输功能，为了实现复杂的动力转换和传输功能，PriusPrius动力动力系统内使用了多件功率转换用变压器和扼流圈。为系统内使用了多件功率转换用变压器和扼流圈。为了确保在恶劣的环境下长期可靠运行，并保持高的了确保在恶劣的环境下长期可靠运行，并保持高的效率，这些变压器和扼流圈的磁心均采用高性能宽效率，这些变压器和扼流圈的磁心均采用高性能宽温低损耗功率铁氧体材料制成，如温低损耗功率铁氧体材料制成，如TDK PC95TDK PC95或或FDK 6H60FDK 6H60等。等

35、。 NCDNCD为适应汽车功率电子迅速发展的要求，为适应汽车功率电子迅速发展的要求，20052005年开发成功了类似年开发成功了类似PC95PC95的宽温功率材料的宽温功率材料LP9LP9。NCD LP9NCD LP9和其它厂商同类材料特性对比和其它厂商同类材料特性对比项目项目NCDLP9NCDLP9TDKPC95TDKPC95FDK6H60FDK6H60ACME-P46ACME-P46JFE-MBT1JFE-MBT1起始磁导率起始磁导率ii320025%320025%330025%330025%28002800330025%330025%340025%340025%饱和磁通密度饱和磁通密度B

36、s Bs (mT)(mT)510(25)510(25)530(25)530(25)530(25)530(25)480(25)480(25)510(25)510(25)400(100)400(100)380(120)380(120)430(100)430(100)370(100)370(100)390(100)390(100)剩余磁通密度剩余磁通密度Br Br (mT)(mT)85(25)85(25)100(25)100(25)90(25)90(25)55(120)55(120)70(100)70(100)60(100)60(100)居里温度居里温度Tc ()Tc ()220min.220min

37、.215min.215min.200min.200min.200min.200min.230min.230min.密度密度d(kg/md(kg/m3)3)4900490049004900490049004800480048004800功率损耗功率损耗Pcv Pcv (kW/m(kW/m3 3) )(100kHz,200mT)(100kHz,200mT)350(25)350(25)350(25)350(25)400(25)400(25)450max. (25)450max. (25)300(80)300(80)280(80)280(80)300(100)300(100)400(100)400(1

38、00)380max. 380max. (100)(100)380(120)380(120)350(120)350(120)430max. 430max. (120)(120)以往的功率铁氧体材料由于受到磁晶各向异性常数以往的功率铁氧体材料由于受到磁晶各向异性常数K K1 1很很大的温度依赖性的影响，低磁滞损耗和高磁导率的特性大的温度依赖性的影响，低磁滞损耗和高磁导率的特性仅仅能在仅仅能在K K1 1补偿为零的温度点附近才能实现补偿为零的温度点附近才能实现 。 对于对于HEVHEV动力系统动力系统DC-DCDC-DC转换器用磁心材料来说，转换器用磁心材料来说，要求从零下到要求从零下到125125

39、都具有低的损耗和高的效率，所以都具有低的损耗和高的效率，所以必须开发一种在很宽温度范围内都具有低损耗特性的新必须开发一种在很宽温度范围内都具有低损耗特性的新材料。材料。 NCDNCD在深入研究影响磁晶各向异性常数在深入研究影响磁晶各向异性常数K1K1的温度依的温度依赖性的各种因素基础上，通过优化成分和严格控制显微赖性的各种因素基础上，通过优化成分和严格控制显微结构，大大降低了磁晶各向异性对温度的依赖性，使结构，大大降低了磁晶各向异性对温度的依赖性，使LP9LP9材料具有十分平坦的功率损耗温度特性。材料具有十分平坦的功率损耗温度特性。K K1 1Temp. Temp. 及及PcvPcvTemp.

40、Temp.特性特性LP9LP9与与LP3ALP3A功率损耗功率损耗PcvPcv的温度特性对比的温度特性对比LP9LP9与与LP3ALP3A初始磁导率初始磁导率 i i的温度特性对比的温度特性对比使用使用LP9LP9制成的大型制成的大型PQPQ系列磁心已经在系列磁心已经在HEVHEV上进入了上进入了试用阶段试用阶段 。4 4、绿色照明用电子镇流器、绿色照明用电子镇流器气体放电灯是有别于使用灯丝的白炽灯的节能光源，气体放电灯是有别于使用灯丝的白炽灯的节能光源，主要包括荧光灯、霓虹灯、高强度气体放电灯主要包括荧光灯、霓虹灯、高强度气体放电灯(HID)(HID)等几类。等几类。由于气体放电灯消耗更少的

41、电，如果能替代白炽灯，由于气体放电灯消耗更少的电，如果能替代白炽灯，那将会节省大量电能，减少燃料使用量，从而减少那将会节省大量电能，减少燃料使用量，从而减少二氧化碳等温室气体的排放，缓解全球变暖问题，二氧化碳等温室气体的排放，缓解全球变暖问题，所以被称作所以被称作“ “绿色照明绿色照明” ”光源。光源。气体放电灯是具有负阻性的电光源，即当灯电流上气体放电灯是具有负阻性的电光源，即当灯电流上升时，灯管的工作电压下降，但是供电电压不会下升时，灯管的工作电压下降，但是供电电压不会下降，因此会使灯电流进一步上升，最终烧坏灯管。降，因此会使灯电流进一步上升，最终烧坏灯管。所以要使灯正常工作，必须限制和稳

42、定灯电流，这所以要使灯正常工作，必须限制和稳定灯电流，这个限流装置就叫做个限流装置就叫做“ “镇流器镇流器” ” 。过去人们使用电感式镇流器，体积大，笨重，消耗大过去人们使用电感式镇流器，体积大，笨重，消耗大量铜和硅钢等金属材料，灯发光有频闪，功率因数低，量铜和硅钢等金属材料，灯发光有频闪，功率因数低，工作效率低。工作效率低。上世纪上世纪4040年代发现，荧光灯在高频率下点亮灯管，可年代发现，荧光灯在高频率下点亮灯管，可提高发光效率。如用提高发光效率。如用10 kHz10 kHz以上的高频点灯，对比由以上的高频点灯，对比由工业频率工业频率(50Hz(50Hz或或60 Hz)60 Hz)点灯时，

43、可提高发光效率约点灯时，可提高发光效率约8 81616 。当时用于高频逆变器电路的半导体尚未达到实用化程当时用于高频逆变器电路的半导体尚未达到实用化程度。直至度。直至19781978年东芝公司首次在世界上将电子镇流器年东芝公司首次在世界上将电子镇流器应用于直管式应用于直管式40 W40 W荧光灯上，才开始了电子镇流器的荧光灯上，才开始了电子镇流器的实用阶段。实用阶段。各种荧光灯用电子镇流器各种荧光灯用电子镇流器各种紧凑型节能荧光灯灯座里已经集成了镇流器电路各种紧凑型节能荧光灯灯座里已经集成了镇流器电路荧光灯电子镇流器的基本电路原理是：整流电路荧光灯电子镇流器的基本电路原理是：整流电路(AC/D

44、C(AC/DC变换变换) ) 将工频交流电压变换成直流电压，在逆将工频交流电压变换成直流电压，在逆变器电路变器电路(DC/AC(DC/AC变换变换) )中将直流电压变换成中将直流电压变换成40kHz40kHz以以上的高频电压，点亮荧光灯。上的高频电压，点亮荧光灯。 典型的典型的LCLC串联谐振半桥逆变电子镇流器电路串联谐振半桥逆变电子镇流器电路HIDHID灯是气体放电灯的一种，包括高压钠灯、汞灯及灯是气体放电灯的一种，包括高压钠灯、汞灯及金属卤化物灯等，具有高光通量、高光效、长寿命和金属卤化物灯等，具有高光通量、高光效、长寿命和放电管小等优点，被广泛应用于机场、道路、码头、放电管小等优点，被广

45、泛应用于机场、道路、码头、体育场馆等室内外照明及汽车前照灯。体育场馆等室内外照明及汽车前照灯。汽车汽车HIDHID前照灯前照灯( (氙气灯氙气灯) )及其安定器及其安定器HIDHID气体灯与荧光灯相较，对电子镇流器有特殊要求：气体灯与荧光灯相较，对电子镇流器有特殊要求：1.1.提供灯管一个提供灯管一个3 35kV5kV的高启动电压，使灯管可靠点亮；的高启动电压，使灯管可靠点亮；2.2.含有金属蒸气的放电灯，在其蒸气达到足够高的工作含有金属蒸气的放电灯，在其蒸气达到足够高的工作压强以前，一般需要一个短的预热时间，为了使灯管能压强以前，一般需要一个短的预热时间，为了使灯管能快速稳定，镇流器在灯管启

46、动后，应能提供一个较额定快速稳定，镇流器在灯管启动后，应能提供一个较额定电流高的电流输出，加速放电灯的稳定过程；电流高的电流输出，加速放电灯的稳定过程；3.3.电子镇流器应包含电子镇流器应包含PFCPFC电路，满足有关国家标准对电路，满足有关国家标准对PFPF及及THDTHD的要求；的要求；4.4.对于对于HIDHID气体灯，当其工作频率大于气体灯，当其工作频率大于1kHz1kHz，会出现所，会出现所谓的声共振现象而导致灯管损坏，电子镇流器的设计应谓的声共振现象而导致灯管损坏，电子镇流器的设计应能很好解决声共振问题。能很好解决声共振问题。一个实用的一个实用的HIDHID镇流器电路镇流器电路 磁

47、心主要技术要求：磁心主要技术要求： 在在50 8050 80温区内有低的损耗，适应脉冲工作条件温区内有低的损耗，适应脉冲工作条件 输出电感适合的材料为输出电感适合的材料为LP3LP3、LP3ALP3A，适合的磁心形，适合的磁心形 状为状为EE EE 、EIEI、EFDEFD、ETDETD 振荡变压器适合的材料为有特定脉冲特性的中高磁振荡变压器适合的材料为有特定脉冲特性的中高磁导率材料导率材料 ，适合的磁心形状为环形，适合的磁心形状为环形 EMI EMI抑制抑制1.1.共模扼流圈共模扼流圈2.2.EMIEMI滤波器滤波器 铁氧体磁心用于铁氧体磁心用于EMIEMI抑制基本原理抑制基本原理开关电源输

48、入滤波器开关电源输入滤波器( (共模扼流圈共模扼流圈) )共模扼流圈共模扼流圈 EMIEMI滤波器滤波器主要技术要求：主要技术要求： 在所需频率范围内有高的阻抗在所需频率范围内有高的阻抗Z Z 适用的材料：适用的材料：MnZnMnZn系及系及NiZnNiZn系系大磁心的应用大磁心的应用1 1、逆变焊机、逆变焊机2 2、高频感应加热设备、高频感应加热设备1 1、逆变焊机、逆变焊机焊接的基本原理是采用加热、加压或两者并用的办法，焊接的基本原理是采用加热、加压或两者并用的办法，使两个工件产生原子使两个工件产生原子( (或分子或分子) )之间结合力而连成一体之间结合力而连成一体的加工方法。的加工方法。

49、按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接方按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三类。法分为熔焊、压焊和钎焊三类。电弧焊是利用正、负电极在瞬间短路时产生的高温电电弧焊是利用正、负电极在瞬间短路时产生的高温电弧来熔化焊料和被焊材料，使被焊工件之间牢固结合弧来熔化焊料和被焊材料，使被焊工件之间牢固结合的焊接方法，它是所有焊接方法中应用最为广泛的一的焊接方法，它是所有焊接方法中应用最为广泛的一种。种。电焊机的主体是产生电弧的电源。电焊机的主体是产生电弧的电源。传统交流电焊机的电源就是一个大功率的变压器，将传统交流电焊机的电源就是一个大功率的变压器，将220V220V

50、、50Hz50Hz交流电变为低电压，大电流。其优点是交流电变为低电压，大电流。其优点是结构简单；缺点是体积大、笨重、效率低、高耗能、结构简单；缺点是体积大、笨重、效率低、高耗能、焊接质量差。焊接质量差。采用逆变电路做为电焊机的电源，具有焊接性能好、采用逆变电路做为电焊机的电源，具有焊接性能好、效率高、节能、体积小、重量轻、易于控制、有利于效率高、节能、体积小、重量轻、易于控制、有利于实现焊接机械化和自动化等优点，已成为弧焊电源的实现焊接机械化和自动化等优点，已成为弧焊电源的发展方向。发展方向。逆变焊机与普通焊机对照表逆变焊机与普通焊机对照表逆变焊机逆变焊机普通焊机普通焊机1 1高效节能，效率可

51、达高效节能，效率可达85%85%效率约效率约50%50%2 2工艺性能优良，电弧温和，工艺性能优良，电弧温和，飞溅小，焊缝成形美观，飞溅小，焊缝成形美观，抗拉强度高抗拉强度高工艺性能差，焊缝外观和工艺性能差，焊缝外观和强度较差。强度较差。3 3体积小、重量轻，体积仅体积小、重量轻，体积仅为普通焊机的为普通焊机的1/101/10体积大，重量重，不便于体积大，重量重，不便于携带携带4 4有过流、起动保护等齐全有过流、起动保护等齐全的保护功能，不易损坏的保护功能，不易损坏没有过流、起动保护功能，没有过流、起动保护功能，易损坏易损坏5 5性价比高性价比高性价比低性价比低各种型号的逆变焊机各种型号的逆变

52、焊机逆变焊机电路基本原理逆变焊机电路基本原理交流电经整流滤波后变成直流，再通过大功率开关电子元交流电经整流滤波后变成直流，再通过大功率开关电子元件的作用（晶闸管件的作用（晶闸管SCRSCR、场效应管、场效应管MOSFETMOSFET或或IGBTIGBT），逆），逆变成几十至上百变成几十至上百kHzkHz的高频交流电压，经变压器隔离、降压的高频交流电压，经变压器隔离、降压至适合于焊接的几十伏电压，再经整流、滤波输出平稳的至适合于焊接的几十伏电压，再经整流、滤波输出平稳的直流焊接电流，供给焊机的电极，对工件进行焊接直流焊接电流，供给焊机的电极，对工件进行焊接 。 对变压器磁心的技术要求对变压器磁心

53、的技术要求高功率传输能力，普遍使用大型磁心；高功率传输能力，普遍使用大型磁心；高饱和磁通密度；高饱和磁通密度；中、低频率下的低功率损耗。中、低频率下的低功率损耗。适合的材料：适合的材料：LP3LP3、LP4LP4适合的磁心：大型适合的磁心：大型UUUU、UIUI、EEEE2 2、高频感应加热设备、高频感应加热设备高频感应加热基本原理是：利用高频电流在感应高频感应加热基本原理是：利用高频电流在感应器中产生的交变磁场，使置于其中的金属工件内器中产生的交变磁场，使置于其中的金属工件内部感生出强大的涡流，从而产生高热量，使工件部感生出强大的涡流，从而产生高热量，使工件迅速达到所需处理温度。迅速达到所需

54、处理温度。各种高频感应加热设备各种高频感应加热设备高频感应加热的高频感应加热的主要应用为热处理、焊接、主要应用为热处理、焊接、热透、金属熔炼、锻压等。热透、金属熔炼、锻压等。高频感应加热的主要优点：高频感应加热的主要优点：可快速加热；可快速加热；可局部加热；可局部加热；节省能源；节省能源；不产生有害物质，绿色环保。不产生有害物质，绿色环保。高频磁场在导体中感生出的涡流具有集肤效应高频磁场在导体中感生出的涡流具有集肤效应集肤深度集肤深度 1 1/f /f1/21/2相对于中频感应加热（相对于中频感应加热（110kHz110kHz），），高频感应加热高频感应加热（100500kHz100500kH

55、z）在效率、能耗、体积、重量等方面，）在效率、能耗、体积、重量等方面，均有显著的优势，较适合于工件的表面热处理。均有显著的优势，较适合于工件的表面热处理。高频感应加热电源基本原理是：高频感应加热电源基本原理是：交流电经整流、滤波交流电经整流、滤波后变成直流，经逆变电路转换成高频、低压、大电流后变成直流，经逆变电路转换成高频、低压、大电流的交流，的交流，输出到感应器。输出到感应器。 对逆变电路所用磁心的技术要求对逆变电路所用磁心的技术要求 高功率传输能力，普遍使用大型磁心；高功率传输能力，普遍使用大型磁心； 高饱和磁通密度；高饱和磁通密度； 工作频率下的低功率损耗。工作频率下的低功率损耗。 适合

56、的材料：适合的材料：LP3LP3、LP4LP4 适合的磁心：大型适合的磁心：大型EEEE、UUUU、UIUI，特大功率的，特大功率的设备需要多只磁心拼接使用设备需要多只磁心拼接使用平面变压器用铁氧体磁心平面变压器用铁氧体磁心几种不同结构的平面变压器几种不同结构的平面变压器 平面技术的优点平面技术的优点与传统绕线式电感元件相比，平面磁性技术有诸多的优点。与传统绕线式电感元件相比，平面磁性技术有诸多的优点。最明显的优点是它具有非常低矮的安装高度，促进了便携式最明显的优点是它具有非常低矮的安装高度，促进了便携式设备和高密度机柜的平面化。设备和高密度机柜的平面化。平面磁性元件非常适合用于高性能的开关式

57、功率转换器的设平面磁性元件非常适合用于高性能的开关式功率转换器的设计。低的交流铜损和良好的耦合增加了转换效率。假如磁心计。低的交流铜损和良好的耦合增加了转换效率。假如磁心无气隙或仅有适中的气隙，转换效率可高达无气隙或仅有适中的气隙，转换效率可高达95%95%以上。此外，以上。此外，低漏感减少了会导致低漏感减少了会导致MOSFETMOSFET损环和加大辐射干扰的电压尖损环和加大辐射干扰的电压尖峰和振荡。峰和振荡。良好的散热允许非常高的传输功率密度，甚至可达到传统变良好的散热允许非常高的传输功率密度，甚至可达到传统变压器的两倍。由于寄生效应的重复性很好，便于采用高的开压器的两倍。由于寄生效应的重复

58、性很好，便于采用高的开关频率和谐振电路拓扑。用关频率和谐振电路拓扑。用LP5LP5材料制成的磁心开关频率可材料制成的磁心开关频率可高达高达1MHz1MHz。应用应用应用应用功率转换功率转换功率转换功率转换 元件元件元件元件 功率变压器功率变压器, , 输出或谐振扼流圈输出或谐振扼流圈, , 电源滤波扼流圈电源滤波扼流圈 AC/DC AC/DC 转换器转换器转换器转换器 ( (市电供电电源市电供电电源市电供电电源市电供电电源) ) 独立开关式电源独立开关式电源 电池充电器电池充电器 ( (移动电话移动电话, , 便携式电脑便携式电脑) ) 仪器和控制器仪器和控制器 DC/DC DC/DC 转换器

59、转换器转换器转换器 ( (分布式或电池供电电源分布式或电池供电电源分布式或电池供电电源分布式或电池供电电源) )功率转换模块功率转换模块通讯网络开关通讯网络开关 ( (分布式供电分布式供电) )移动电话移动电话 ( (市电供电市电供电) )便携式电脑便携式电脑 ( (市电供电市电供电) )电动汽车电动汽车 ( (将驱动电压降压至将驱动电压降压至 12 V12 V的的 转换器转换器) ) AC/AC AC/AC 转换器转换器转换器转换器 ( (市电供电电源市电供电电源市电供电电源市电供电电源) )紧凑型荧光灯紧凑型荧光灯感应加热及焊接感应加热及焊接 DC/AC DC/AC 逆变器逆变器逆变器逆变

60、器 ( (电池供电电源电池供电电源电池供电电源电池供电电源) )移动电话移动电话 (LCD (LCD 背光源背光源) )便携式电脑便携式电脑 (LCD (LCD 背光源背光源) )汽车气体放电前照灯汽车气体放电前照灯HID (HID (镇流器镇流器) )汽车后窗玻璃加热器汽车后窗玻璃加热器 脉冲传输脉冲传输脉冲传输脉冲传输 元件元件元件元件宽带变压器宽带变压器S0 S0 接口接口 ( (用户电话线用户电话线) )U U 接口接口 ( (用户用户 ISDN ISDN 线线) )T1/T2 T1/T2 接口接口 ( (网络开关间的中继线网络开关间的中继线) )ADSL ADSL 接口接口 ( (非

61、对称数字用户线非对称数字用户线) )HDSL HDSL 接口接口 ( (高速数字用户线高速数字用户线) ) 铁氧体材料选用铁氧体材料选用铁氧体材料选用铁氧体材料选用可选用功率材料可选用功率材料 LP5 (LP5 (频率可达到频率可达到 1000 kHz) 1000 kHz) 和和 LP3F (LP3F (频率可达到频率可达到 300kHz)300kHz)；高磁导率高磁导率 HP3 (HP3 ( i=10000) i=10000) 可用于电源滤波扼流圈可用于电源滤波扼流圈和宽带变压器。和宽带变压器。 磁心的选用磁心的选用磁心的选用磁心的选用 磁通密度磁通密度磁通密度磁通密度由于散热好，所以相比传

62、统设计，相同的磁心体积允由于散热好，所以相比传统设计，相同的磁心体积允许的功率损耗可大一倍。因此最佳的磁通密度将比传许的功率损耗可大一倍。因此最佳的磁通密度将比传统设计高。统设计高。 气隙气隙气隙气隙考虑到杂散磁通，大的气隙在平面设计中是不利的。考虑到杂散磁通，大的气隙在平面设计中是不利的。杂散磁通影响取决于绕线窗口高度和气隙长度之比，杂散磁通影响取决于绕线窗口高度和气隙长度之比，在平面磁心中这个比值较小。如果窗口高度仅仅为在平面磁心中这个比值较小。如果窗口高度仅仅为气隙长度的几倍，且窗口宽度是磁心中柱宽度的几气隙长度的几倍，且窗口宽度是磁心中柱宽度的几倍，那么相当大的磁通量将从磁心的顶部穿越到磁倍，那么相当大的磁通量将从磁心的顶部穿越到磁心的底部。较多的杂散磁通和穿越磁通会在绕组中心的底部。较多的杂散磁通和穿越磁通会在绕组中感生出较大的涡流损耗。感生出较大的涡流损耗。谢谢 谢谢