一.磁性材料的基本特性
1. 磁性材料的磁化曲线
磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。
2. 软磁材料的常用磁性能参数
? 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m: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mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp；
? 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Pe P=Ph+Pe=af+bf2+cPeμf2t2/,r 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r；
? 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（亳瓦特）/表面积（平方厘米）
3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换
? 设计软磁器件通常包括三个步骤:正确选用磁性材料；
? 合理确定磁芯的几何形状及尺寸；
? 根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。
材料:B H,m 磁芯(S,l):f～F 器件(N):U～I,L I ～ H: H = IN/l 磁势 F =ò Hdl=Hl Nf = ò Udt L～m:L＝AL N2 =4N2m SK /D′10-9 U ～ B:U = Ndf/dt = kfNBS ′10-6
二、常用软磁磁芯的特点及应用
(一).粉芯类 1. 磁粉芯
磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁性颗粒很小（高频下使用的为 0.5~5 微米），又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝
涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。主要用于高频电感。磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。
常用的磁粉芯有铁粉芯 (IRON CORE) 、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯(SENDUST) 三种。
(1). 铁粉芯(IRON CORE)
常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。在粉芯中价格最低。饱和磁感应强度值在 1.4T 左右；磁导率范围从 10~100; 初始磁导率 m i 随频率的变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高 (2). 坡莫合金粉芯
坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯 (MPP) 及高磁通量粉芯 (High Flux) 。
MPP 主要特点是 : 饱和磁感应强度值在 7500Gs 左右； 磁导率范围大，从 14~550; 在粉末磁芯中具有最低的损耗；温度稳定性极佳，广泛用于太空设备、露天设备等；磁致伸缩系数接近零，在不同的频率下工作时无噪声产生。主要应用于 300KHz 以下的高品质因素 Q 滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高的 LC 电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等 , 在 AC 电路中常用 , 粉芯中价格最贵。
高磁通粉芯主要特点是 : 饱和磁感应强度值在 15000Gs 左右； 磁导率范围从
14~160; 在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度，最高的直流偏压能力；磁芯体积小。主要
应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等 , 在 DC 电路中常用，高 DC 偏压、高直流电和低交流电上用得多。价格低于 MPP 。
(3). 铁硅铝粉芯(SENDUST Cores)
铁硅铝粉芯可在8KHz以上频率下使用；饱和磁感在1.05T左右；导磁率从26~125；磁致伸缩系数接近零，在不同的频率下工作时无噪声产生；比MPP有更高的DC偏压能力；具有最佳的性能价格比。主要应用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。有时也替代有气隙铁氧体作变压器铁芯使用。 2. 软磁铁氧体(Ferrite core)
软磁铁氧体磁芯有 Mn-Zn 、 Cu-Zn 、 Ni-Zn 、 Mg-Zn 等几类，其中 Mn-Zn 铁氧体的产量和用量最大， Mn-Zn 铁氧体的电阻率低，为 1 ～ 10 欧姆 - 米，一般在 100KHZ 以下的频率使用。 Cu-Zn 、 Ni-Zn 铁氧体的电阻率为 10 2 ～ 10 4 欧姆 - 米，在 100kHz ～ 10 兆赫的无线电频段的损耗小，多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器
和 EMI 中。
电信用铁氧体的磁导率从 750~2300, 具有低损耗因子、高品质因素 Q 、稳定的磁导率随温度 / 时间关系 , 是磁导率在工作中下降最慢的一种，约每十年下降 3% ～ 4% 。广泛应用于高 Q 滤波器、调谐滤波器、负载线圈、阻抗匹配变压器、接近传感器。
宽带铁氧体也就是常说的高导磁率铁氧体，磁导率分别有 5000 、 10000 、 15000 。其特性为具有低损耗因子、高磁导率、高阻抗 / 频率特性。广泛应用于共模滤波器、饱和电感、电流互感器、漏电保护器、绝缘变压器、信号及脉冲变压器，在宽带变压器和 EMI 上多用。
功率铁氧体具有高的饱和磁感应强度，为 4000~5000 Gs 。另外具有低损耗 / 频率关系和低损耗 / 温度关系。也就是说，随频率增大、损耗上升不大；随温度提高、损耗变化不大。广泛应用于功率扼流圈、并列式滤波器、开关电源变压器、开关电源电感、功率因素校正电路。
三、常用软磁磁芯的特点比较
1. 磁粉芯、铁氧体的特点比较:
? MPP 磁芯 : 使用安匝数 < 200 ， 50Hz~1kHz: m e : 125 ~ 500 ; 1 ~ 10kHz: m e : 125 ~
200; > 100kHz: m e : 10 ~ 125
? HF 磁芯 : 使用安匝数 < 500 ，能使用在较大的电源上，在较大的磁场下不易被饱和，
能保证电感的最小直流漂移， m e : 20 ~ 125
? 铁粉芯 (IRON CORE) ： 使用安匝数 > 800, 能在高的磁化场下不被饱和 , 能保证电
感值最好的交直流叠加稳定性。在 200kHz 以内频率特性稳定 ; 但高频损耗大，适合于 10kHz 以下使用。
? SENDUST 磁芯：代替铁粉芯使用，使用频率可大于 8kHz 。 DC 偏压能力介于 MPP
与 HF 之间。铁氧体： 饱和磁密低 (5000Gs) ， DC 偏压能力最小
四、几种常用磁性器件中磁芯的选用及设计
开关电源中使用的磁性器件较多，其中常用的软磁器件有：作为开关电源核心器件的主变压器（高频功率变压器）、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。 (1). 高频功率变压器
变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。变压器的设计公式如下： Ｐ＝ＫｆＮＢＳＩ×１０ －６ Ｔ＝ｈｃＰｃ＋ｈｗＰｗ
磁性材料的基本特性
