铁氧体 中文名称：铁氧体 英文名称：ferrite 定义：由以三价铁离子作为主要正离子成分的若干种氧化物 组成，并呈现亚铁磁性或反铁磁性的材料。 铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能。铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率。因而，铁氧体已成为高频弱电领域用途广泛的非金属磁性材料。由于铁氧体单位体积中储存的磁能较低，饱合磁化强度也较低（通常只有纯铁的1／3～1／5），因而限制了它在要求较高磁能密度的低频强电和大功率领域的应用。 简介 铁氧体（ferrites）是一种非金属磁性材料，它是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物（例如：氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶等）配制烧结而成。它的相对磁导率可高达几千，电阻率是金属的1011倍，涡流损耗小，适合于制作高频电磁器件。铁氧体有硬磁、软磁、矩磁、旋磁和压磁五类。 旧称铁淦氧磁物或铁淦氧，其生产过程和外观类似陶瓷，因而也称为磁性瓷。铁氧体是铁和其他一种或多种适当的金属元素的复合氧化物。性质属于半导体，通常作为磁性介质应用，铁
氧体磁性材料与金属或合金磁性材料之间最重要的区别在于导 电性。通常前者的电阻率为102～108Ω·cm，而后者只有10-6～10-4Ω·cm。 发展历史 中国最早接触到的铁氧体是公元前 4世纪发现的天然铁氧体，即磁铁矿(Fe3O4),中国所发明的指南针就是利用这种天然磁铁矿制成的。到20世纪30年代无线电技术的发展，迫切地要求高频损耗小的铁磁性材料。而四氧化三铁的电阻率很低，不能满足这一要求。1933年日本东京工业大学首先创制出含钴铁氧体的永磁材料，当时被称为OP磁石。30～40年代，法国、 日本、德国、荷兰等国相继开展了铁氧体的研究工作，其中荷兰菲利浦实验室物理学家J.L.斯诺克于1935年研究出各种具有优良性能尖晶石结构的含锌软磁铁氧体，于1946年实现工业化生产。1952年，该室J.J.文特等人曾经研制成了以 BaFe12O19为主要成分的永磁性铁氧体。这种铁氧体与1956年该室的G.H.永克尔等人所研究的四种甚高频磁性铁氧体具有类似的六角结构。1956年E.F.贝尔托和 F.福拉又报道了亚铁磁性的Y3Fe5O12的研究结果。其中代换离子Y有Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、 Tm、Yb和Lu等稀土离子。由于这类磁性化合物的晶体结构与天然矿物石榴石相同，故将其称之为石榴石结构铁氧体。迄今为止，除了1981年日本杉本光男采用超急冷法制得的非晶结构的铁氧体
1前言 各种电子线路中，电磁干扰源产生的电磁干扰杂波，通过传导和辐射途经对线路其它部分或其它电子线路产生电磁干扰。这一过程中导线起了重要作用，一英寸长的导线在100MHz频率下的电感量约为20nh，其感抗约为12．6Ω，这是不可忽视的。为了消除电磁干扰，方法之一就是在有源和无源电子元器件的引线上套上一些很小的管形或环形的软磁铁氧体磁芯，利用铁氧体材料的电磁损耗机理有效地消除传导和辐射的电磁干扰噪声。这种抗电磁干扰的方法既简便又有效，而且成本很低，所以获得了十分广泛的应用。由于串在引线上用于抗电磁干扰的铁氧体小管或小环有些像一串珍珠，所以它们得到了一个很形象化的名称—磁珠（Bead）。 近年来表面贴装技术（SMT）迅速崛起，传统的插装电路逐步被SMT电路替代，绝大部分带引线的电子元器件均已片式化，变成了无引线或短引线的片式电子元器件。这样一来，上述的传统磁珠（铁氧体小管或小环）已无法在SMT电路中应用。为了解决这一困难，国外一些著名的电子元器件公司，如美国的AEM公司、Coilcraft公司、日本TDK、村田、太阳诱电、Tokin等公司，先后开发了片式磁珠（ChipBead）和片式电感器（ChipInductor），以满足SMT电路的需求。 实质上，磁珠就是一个填充磁芯的电感器，利用它的阻抗|Z|在高频下迅速增加的特性和磁性材料的电磁损耗机理来抑制和吸收高频噪声，从而达到抗电磁干扰的目的。片式磁珠/电感器按结构可分为两大类，即叠层型片式磁珠／电感器（MultilayerChipBead/Inductor，简称MLCB/MLCI）和绕线型片式磁珠/电感器（WoundChipBead/Inductor）。叠层型片式磁珠／电感器是近年来发展起来的一种高新技术产品，其结构如图1所示。由图1可以看出，导体线圈完全被磁性铁氧体介质包围，形成一种独石结构。当电流通过时，激励的磁力线几乎完全被屏蔽在其内部，而不会干扰邻近的其它电子元器件。两端的端头是端电极，与内部的导体线圈连通。端电极由三层金属导体构成，里层是银，中间层是镍，外层是焊锡，也称为三层镀端电极，既适用于波峰焊，也适用于再流焊。此外，这种独石结构具有体积小、紧凑、可靠性高等优点，外形尺寸符合标准化、系列化的要求（与片式电容器和片式电阻器完全相同），并且规格齐全、价格低廉，所以获得了广泛的应用。绕线型片式磁珠/电感器的最大缺点是磁路不屏蔽，当电流通过时激励的磁力线“外溢”，可能干扰邻近的电子元器件，而且其纤细的绕线结构的可靠性较差。本文着重介绍叠层型片式磁珠的特性及其应用。 图1 叠层型片式磁珠/电感器的结构
叠层片式天线应用指南 1、介绍 片式天线系列是基于ISM 频段2.4GHz 的应用，如蓝牙，家庭网络无线射频，中国移动多媒体广播等。它们具有结构紧密、重量轻、嵌入式应用、合适的增益及带宽、全方位和低损耗等特点。同时，它们可以进行通用的SMT 贴装。 众所周知，小尺寸的片式天线对于应用环境非常敏感，如同K 值和FR4板的厚度。因此它们需要合适的由电感和电容组成的匹配电路，从而保证在一个良好的状态下工作。这就意味着需要在最终产品方案上进行天线的匹配以获得最好的性能。产品规格书上的性能(如下表)是在我司自己的测试板上测量的。 调整后，天线的中心频率会下降到2.45GHz 。我们可以提供不同种类的天线，它们具有不同的尺寸及中心频率，因此客户可以根据自己产品基板的情况选择最合适的一款。 2、匹配电路&元件 片式天线可以与成品的环境进行匹配，通常这个步骤需要用到以下的电容和电感。 *串联：用串联方式连接天线和反馈线 *并联：用并联方式连接天线和反馈线 客户需要在放置天线前设置好π型电路，然后可以灵活地选择以下的电路类型。 型号 尺寸 (mm) 谐振频率 (GHz) 带宽 (MHz) 平均增益 (dBi) 增益 (dBi) SLDA31 3.2×1.6×1.0 2.80 100 -0.5 0.5 SLDA52 5.0×2.0×1.0 2.54 200 0.5 2.5 SLDA62 6.0×2.0×1.0 2.64 200 0.7 2.6 SLDA72 7.2×2.0×1.0 2.86 250 1.0 2.7 SLDA81 8.0×1.0×1.0 3.01 200 2.0 0.5 SLDA92 9.0×2.0×1.0 2.66 300 1.0 3.0 SLDA35050 35.0×5.0×1.0 0.65 50 - -2.0dBi (710MHz). -7.0dBi (474MHz) 元件 描述 数值 *Series C 0.5 ~ 10 pF Capacitor *Shunt C 33, 100 pF Series L 1.0 ~ 6nH Inductor Shunt L 1.0 ~ 6nH
软磁铁氧体材料和磁心概述 软磁铁氧体材料和磁心概述 软磁铁氧体材料分类 铁氧体又称氧化物磁性材料，它是由铁和其它金属元素组成的复合氧化物。铁氧体采用陶瓷工艺，经高温烧结而制成各种形状的零件。实际上，所有在金属磁性材料中出现的磁现象，在铁氧体中也能观察到，但是有两个基本不同点：一是铁氧体的饱和磁化强度远远低于金属磁性材料，通常为金属材料的一半到五分之一；二是铁氧体的电阻率比金属磁高一百万倍以上。由于这种区别，对于低频（1000 赫兹以下）高功率的磁心一般采用金属磁性材料，用于较高频率（1000 赫兹以上）磁心采用铁氧体材料。按照铁氧体的特性和用途，可把铁氧体分为永磁、软磁、矩磁、旋磁和压磁等五类；如果按照铁氧体的晶格类型来分，最重要的有尖晶石型、石榴石型和磁铅石型等三大类。高频变压器和电器中主要使用软磁铁氧体材料，因此下面主要叙述软磁铁氧体材料的分类及特性。大多数软磁铁氧体属尖晶石结构，一般化学表示式为MeFe 2O 4，这里 Me 表示二价金属元素，如：Mn、Ni、Mg、Cu、Zn等。软磁铁氧体材料是各种铁氧体材料中产量最多，用途最广泛的一种。这类材料的主要特点是起始磁导率高和矫顽力低，即容易磁化也极易退磁，其磁滞回线呈细而长形状。软磁铁氧体材料可按化学成分、磁性能、应用来进行分类。若按化学成分来分类，则主要可分为 MnZn 系、NiZn系和 MgZn 系三大类。MnZn 系铁氧体具有高的起始磁导率，较高的饱和磁感应强度，在无线电中频或低频范围有低的损耗，它是，1兆赫兹以下频段范围磁性能最优良的铁氧体材料。常用的MnZn 系铁氧体，其起始磁导率μi=400～20000，饱和磁感应强度 BS=400～530mT。MnZn 系铁氧体广泛制作开关电源变压器、回扫变压器、宽带变压器、脉冲变压器、抗电磁波干扰滤波电感器及扼流圈等，是软磁铁氧体中产量最大的一种材料（按重量计约占 60%）。NiZn 系铁氧体使用频率 100kHz～100MHz，最高可使用到300MHz。这类材料磁导率较低，电阻率很高，一般为 105～107Ωcm。因此，高频涡流损耗小，是 1MHz 以上高频段磁性能最优良有材料。常用的 NiZn 系材料，磁导率μi=5～1500，广泛用于制作各种高频固定电感器，可调电感器，谐振回路线圈，线性调节线圈抗电磁波干扰线圈等。附加少量 CuO 的 NiCuZn 系材料，最近在表面安装片式电感器中得到广泛应用。NiZn 系材料制成的各类小型磁心产量很大（按数量计），但按重量计的约占软磁铁氧体材料的 10% 左右。MgZn 系铁氧体材料中附加小量 MnO 后制成 MgMnZn系材料，电阻率较高，广泛用于制作各种显象管或显示的偏转线圈磁心，数量很大，产量约占软磁铁氧体材料的30%（按重量计）左右。MgZn 系铁氧体在某些高频电感线圈及天线线圈中也得到应用。
磁珠由氧磁体组成，电感由磁心和线圈组成，磁珠把交流信号转化为热能，电感把交流存储起来，缓慢的释放出去。磁珠对高频信号才有较大阻碍作用，一般规格有100 欧/100mMHZ , 它在低频时电阻比电感小得多。电感的等效电阻可有Z=2X3.14xf 来求得。 铁氧体磁珠(Ferrite Bead) 是目前应用发展很快的一种抗干扰元件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显著。 在电路中只要导线穿过它即可（我用的都是象普通电阻模样的，导线已穿过并胶合，也有表面贴装的形式，但很少见到卖的）。当导线中电流穿过时，铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗，而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。高频电流在其中以热量形式散发，其等效电路为一个电感和一个电阻串联，两个元件的值都与磁珠的长度成比例。 磁珠种类很多，制造商应提供技术指标说明，特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。有的磁珠上有多个孔洞，用导线穿过可增加元件阻抗（穿过磁珠次数的平方），不过在高频时所增加的抑制噪声能力不可能如预期的多，而用多串联几个磁珠的办法会好些。 铁氧体是磁性材料，会因通过电流过大而产生磁饱和，导磁率急剧下降。大电流滤波应采用结构上专门设计的磁珠，还要注意其散热措施。 铁氧体磁珠不仅可用于电源电路中滤除高频噪声（可用于直流和交流输出），还可广泛应用于其他电路，其体积可以做得很小。特别是在数字电路中，由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波，也是电路高频辐射的主要根源，所以可在这种场合发挥磁珠的作用。 铁氧体磁珠还广泛应用于信号电缆的噪声滤除。 以常用于电源滤波的HH-1H3216-500 为例，其型号各字段含义依次为： HH 是其一个系列，主要用于电源滤波，用于信号线是HB 系列； 1 表示一个元件封装了一个磁珠，若为4 则是并排封装四个的； H 表示组成物质，H、C、M 为中频应用（50－200MHz）， T 低频应用（<50MHz），S 高频应用（>200MHz）； 3216 封装尺寸，长3.2mm，宽1.6mm，即1206 封装； 500 阻抗（一般为100MHz 时），50 ohm。 其产品参数主要有三项： 阻抗[Z]@100MHz (ohm) : Typical 50, Minimum 37; 直流电阻DC Resistance (m ohm): Maximum 20; 额定电流Rated Current (mA): 2500. 磁珠有很高的电阻率和磁导率，他等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值 都随频率变化。他比普通的电感有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性， 所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高调频滤波效果。磁珠主 要用于高频隔离，抑制差模噪声等。 磁珠有很高的电阻率和磁导率，他等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都 随频率变化。他比普通的电感有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，所 以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高调频滤波效果。 作为电源滤波，可以使用电感。磁珠的电路符号就是电感但是型号上可以看出使 用的是磁珠在电路功能上，磁珠和电感是原理相同的，只是频率特性不同罢了 磁珠由氧磁体组成，电感由磁心和线圈组成，磁珠把交流信号转化为热能，电感 把交流存储起来，缓慢的释放出去。 磁珠对高频信号才有较大阻碍作用，一般规格有100 欧/100mMHZ ,它在低频时电 阻比电感小得多。 铁氧体磁珠(Ferrite Bead) 是目前应用发展很快的一种抗干扰组件，廉价、易 用，滤除高频噪声效果显着。
Multilayer Chip Power Inductor – MPL Series Operating Temp. : -40℃~+85℃ FEATURES APPLICATIONS PRODUCT IDENTIFICATION MPL 2012 S 2R2 M H T ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ SHAPE AND DIMENSIONS ● High DC bias current due to developed material ● Low DC resistance ● Low profile and thin thickness ● Monolithic structure for high reliability ● Excellent solderability and high heat resistance ● No cross coupling due to magnetic shield ● DC-DC converter circuits for mobile phones, DSCs, DVCs, HDDs, PDAs, etc. ② External Dimensions (L×W) (mm) 1608 [0603] 1.6×0.8 2012 [0805] 2.0×1.25 2016 [0806] 2.0×1.6 2520 [1008] 2.5×2.0 ① Type MPL Chip Power Inductor ③ Feature Type S L C (Internal Code ） ④ Nominal Inductance Example Nominal Value R47 0.47μH 4R7 4.7μH ⑤ Inductance Tolerance M ±20% N ±30% ⑥ Thickness D 0.5mm H 0.9mm W 1.1mm Y 1.25mm ⑦ Packing T Tape & Reel Unit: mm [inch] Type L W T a 0.5±0.1 [.020±.004] 1608 [0603] 1.6±0.15 [.063±.006] 0.8±0.15 [.031±.006] 0.8±0.15 [.031±.006] 0.3±0.2 [.012±.008]0.5±0.1 [.020±.004] 0.9±0.1 [.035±.004] 2012 [0805] 2.0 (+0.3, -0.1) [.079 (+.012, -.004)] 1.25±0.2 [.049±.008] 1.25±0.2 [.049±.008] 0.5±0.3 [.020±.012]2016 [0806] 2.0 (+0.3, -0.1) [.079 (+.012, -.004)] 1.6±0.2 [.063±.008] 0.9±0.1 [.035±.004] 0.5±0.3 [.020±.012]0.9±0.1 [.035±.004] 2520 [1008] 2.5±0.2 [.098±.008] 2.0 (+0.3, -0.1) [.079 (+.012, -.004)] 1.1±0.1 [.043±.004] 0.5±0.3 [.020±.012]
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、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。 磁芯的有效磁导率me及电感的计算公式为： me = DL/4N2S ′ 109 其中： D为磁芯平均直径（cm），L为电感量（享），N为绕线匝数，S为磁芯有效截面积（cm2）。 (1). 铁粉芯 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22~100; 初始磁导率mi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是由81%Ni, 2%Mo, 及Fe粉构成。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HF是由50%Ni, 50%Fe粉构成。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 (Kool Mm Cores) 铁硅铝粉芯由9%Al, 5%Si, 85%Fe粉构成。主要是替代铁粉芯，损耗比铁粉芯低80%，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，
1 引言 由于电磁兼所有yy容的迫切要求，电磁干扰(EMI)抑制元件获得了广泛的应用。然而实际应用中的电磁兼容问题十分复杂，单单依靠理论知识是完全不够的，它更依赖于广大电子工程师的实际经验。为了更好地解决电子产品的电磁兼容性这一问题，还要考虑接地、电路与PCB板设计、电缆设计、屏蔽设计等问题[1][2]。本文通过介绍磁珠的基本原理和特性来说明它在开关电源电磁兼容设计中的重要性与应用，以期为设计者在设计新产品时提供必要的参考。 2 磁珠及其工作原理 磁珠的主要原料为铁氧体，铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料，铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料，许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗非常大，具有很高的导磁率，它可以使电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常应用于高频情况，因为在低频时它们主要呈现电感特性，使得损耗很小。在高频情况下，它们主要呈现电抗特性并且随频率改变。实际应用中，铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上，铁氧体可以较好的等效于电阻以及电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高，以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置，高频能量在上面转化为热能，这是由它的电阻特性决定的。 对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率和饱和磁通密度。磁导率可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。因此它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，如图1所示，电感L和电阻R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。
铁粉基软磁材料介绍 1材料种类 海绵铁从1910年开始生产,但直到1946年瑞典赫格纳斯公司才建立起世界第一家铁粉厂,现在铁粉生产已成为一种工业。60年代建立起雾化制粉工艺,整个铁粉工业年产铁粉逾80万ｔ。这种材料大部分用于粉末冶金工业,按严格技术要求生产终形制品。高纯度与高压缩性铁粉的开发,为粉末冶金制品开辟了软磁应用领域。 采用粉末冶金技术,压制铁粉并在高温下烧结,可得到相当于纯铁铸件的软磁部件。不损害压缩性的合金化方法的开发,提供了大量的合金化材料。合金添加剂提高电阻率,导致较低的涡流损耗。合金化材料在高温下烧结也可得到高磁导率。可是,合金添加剂也降低饱和磁感,而且合金含量在商业使用上还有一个限度。一般认为,这些材料适合于直流电应用,或很低频率的应用。 减少铁颗粒涡流损耗的另一种方法是在颗粒之间引入绝缘层。绝缘层可以是有机树脂材料或无机材料,因而这些材料是软磁复合材料。绝缘层可以有效地降低涡流损耗,但绝缘层的作用像气隙一样,因而也降低了磁导率。通常用降低绝缘层厚度、压制到高密度和进行热处理消除或减少应力来部分地恢复磁导率。性能的变化取决于所使用的频率。因而最近几年迅速发展了一系列材料与工艺。 软磁复合材料的最新开发,旨在生产可在较低频率下使用的部件。像电机一类通常是在50-60Ｈｚ频率下工作,但微型化趋势可能将频率增加到100Ｈｚ或300Ｈｚ。将低频应用的烧结软磁材料与50Ｈｚ应用的软磁复合材料对比一下是有趣的。这种对比是在50Ｈｚ与0 5Ｔ条件下进行的,因为在较高磁感下的涡流损耗比例相当大,对于烧结材料性能的测定是困难的。 高电阻率的烧结材料在50Ｈｚ下的总损耗接近于软磁复合材料的总损耗。而烧结材料的总损耗中涡流损耗占有很高比例,而软磁复合材料的总损耗几乎全是磁滞损耗。 对比软磁复合材料的直流磁滞曲线与50Ｈｚ时的磁滞曲线,这些曲线实际上是相同的,因而证实总损耗几乎全是磁滞损耗。一种高电阻率材料(含3%Ｓｉ的烧结铁)在直流和在0 05Ｈｚ、0 5Ｈｚ和50Ｈｚ交流时的磁滞曲线的面积随频率的增加而增加,证实存在着涡流损耗。 低频到中频应用的传统材料是叠层钢片。堆叠钢片或堆叠前将钢片表面绝缘,可降低堆叠方向上的涡流。平行于钢片方向上显示出金属合金的高磁导率和损耗值。在低到中频使用的粉末材料几乎都是雾化铁粉。烧结材料要经受高达1250℃的高温,这保证了扩散与良好的颗粒接触。软磁复合材料在不高于500℃的温度进行热处理,因而它本身限制了烧结材料那样的颗粒接触。 表面绝缘的效果：纯铁粉与添加0 5%Ｋｅｎｏｌｕｂｅ的绝缘粉Ｓｏｍａｌｏｙ500,均在800ＭＰａ压制(密度7 34ｇ/ｃｍ3)并在空气中于500℃热处理30ｍｉｎ。结果表明：在50Ｈｚ时的总损耗是相似的,但纯铁的总损耗由于较高比例的涡流损耗比例而从60Ｈｚ开始迅速增大。表面绝缘层能耐500℃热处理,并保持低的涡流损耗。 2工艺参数对性能的影响
软磁材料基本知识 一、软磁材料的发展及种类 1.软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于十九世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到二十世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到二十年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从四十年代到六十年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入七十年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金。 2.常用软磁磁芯的种类 铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元。 按(主要成分, 磁性特点, 结构特点) 制品形态分类: 1). 合金类：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金 2). 粉芯类：磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（High Flux）、坡莫合金粉芯（MPP） 3). 铁氧体类：算是特殊的粉芯类， 包括：锰锌系、镍锌系 常用软磁材料的分类及其特性(Soft Magnetic Materials)
二、软磁材料的分类介绍 (一). 合金类 1.硅钢 硅钢是一种合金，在纯铁中加入少量的硅（一般在 4.5%以下）形成的铁硅系合金称为硅钢，该类铁芯具有最高的饱和磁感应强度值为20000 高斯；由于它们具有较好的磁电性能，又易于大批生产，价格便宜，机械应力影响小等优点，在电力电子行业中获得极为广泛的应用，如电力变压器、配电变压器、电流互感器等铁芯。是软磁材料中产量和使用量最大的材料。也是电源变压器用磁性材料中用量最大的材料。特别是在低频、大功率下最为适用。常用的有冷轧硅钢薄板DG3、冷轧无取向电工钢带DW、冷轧取向电工钢带DQ，适用于各类电子系统、家用电器中的中、小功率低频变压器和扼流圈、电抗器、电感器铁芯，这类合金韧性好，可以冲片、切割等加工，铁芯有叠片式及卷绕式。但高频下损耗急剧增加，一般使用频率不超过400Hz。从应用角度看，对硅钢的选择要考虑两方面的因素：磁性和成本。对小型电机、电抗器和继电器，可选纯铁或低硅钢片；对于大型电机，可选高硅热轧硅钢片、单取向或无取向冷轧硅钢片；对变压器常选用单取向冷轧硅钢片。在工频下使用时，常用带材的厚度为0.2~0.35 毫米；在400Hz 下使用时，常选0.1 毫米厚度为宜。厚度越薄，价格越高。 2.坡莫合金 坡莫合金常指铁镍系合金，镍含量在30~90%范围内。是应用非常广泛的软磁合金。通过适 当的工艺，可以有效地控制磁性能，比如超过十万的初始磁导率、超过一百万的最大磁导率、低到千分之二奥斯特的矫顽力、接近1 或接近零的矩形系数，具有面心立方晶体结构的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成 1 微米的超薄带及各种使用形态。常用的合金有1J50、1J79、1J85 等。1J50 的饱和磁感应强度比硅钢稍低一些，但磁导率比硅钢高几十倍，铁损也比硅钢低2~3 倍。做成较高频率(400~8000Hz)的变压器，空载电流小，适合制作100 瓦以下小型较高频率变压器。1J79 具有好的综合性能，适用于高频低电压变压器，漏电保护开关铁芯、共模电感铁芯及电流互感器铁芯。1J85 的初始磁导率可达十万以上，适合于作弱信号的低频或高频输入输出变压器、共模电感及高精度电流互感器等。 3.非晶合金(Amorphous alloys) 硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料，原子在三维空间做规则排列，形成周期性的点阵 结构，存在着晶粒、晶界、位错、间隙原子、磁晶各向异性等缺陷，对软磁性能不利。从磁性物理学上来说，原子不规则排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶态结构对获得优异软磁性能是十分理想的。非晶态金属与合金是70 年代问世的一个新型材料领域。它的制备技术完全不同于传统的方法，而是采用了冷却速度大约为每秒一百万度的超急冷凝固技术，从钢液到薄带成品一次成型，比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序，这种新工艺被人们称之为对传统冶金工艺的一项革命。由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶合金，被称为是冶金材料学的一项革命。这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机电耦合性能等。 由于它的性能优异、工艺简单，从80 年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。目前美、日、德国已具有完善的生产规模，并且大量的非晶合金产品逐渐取代硅钢和坡莫合金及铁氧体涌向市场。 常用的非晶合金的种类有：铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金。 目前，非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为： 初始磁导率μ0 = 14 × 104 钴基非晶 最大磁导率μm = 220 × 104 钴基非晶 矫顽力Hc = 0.001 Oe 钴基非晶 矩形比Br/Bs = 0.995 钴基非晶 饱和磁化强度4πMs = 18300 Gs 铁基非晶 电阻率ρ = 270 微欧厘米 常用的非晶合金的种类有：铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金。其国家牌号及性能特点见表及图所示，为便于对比，也列出晶态合金硅钢片、坡莫合金1J79 及铁氧体的相应性能。这几类材料各有不同的特点，在不同的方面得到应用。 牌号基本成分和特征 1K101 Fe-Si-B 系快淬软磁铁基合金 1K102 Fe-Si-B-C 系快淬软磁铁基合金 1K103 Fe-Si-B-Ni 系快淬软磁铁基合金 1K104 Fe-Si-B-Ni Mo 系快淬软磁铁基合金 1K105 Fe-Si-B-Cr(及其他元素)系快淬软磁铁基合金 1K106 高频低损耗Fe-Si-B 系快淬软磁铁基合金 1K107 高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B 系快淬软磁铁基纳米晶合金 1K201 高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金 1K202 高剩磁比快淬软磁钴基合金 1K203 高磁感低损耗快淬软磁钴基合金 1K204 高频低损耗快淬软磁钴基合金 1K205 高起始磁导率快淬软磁钴基合金 1K206 淬态高磁导率软磁钴基合金
磁珠选型与应用知识 磁珠的全称为铁氧体磁珠滤波器(另有一种是非晶合金磁性材料制作的磁珠)，是一种抗干扰元件，滤除高频噪声效果显著。磁珠的主要原料为铁氧体。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。磁珠有很高的电阻率和磁导率，他等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化。他比普通的电感有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高调频滤波效果。 磁珠的电路符号就是电感，但是型号上可以看出使用的是磁珠。在电路功能上，磁珠和电感是原理相同的，只是频率特性不同而已。 一、磁珠的型号命名方法（风化高科系列磁珠为例） 磁珠的型号一般由下列五部分组成: 第一部分:类别，多用字母表示. 第二部分:尺寸，用数字表示（英制） 第三部分:材料，用字母表示，其中X代表小型。第四部分:阻抗，100MHz时阻抗第五部分:包装方式，用字母表示如某型号磁珠命名如下 铁氧叠层片式磁珠（普通型） Ferrite chip beads 尺寸：1005 （0402）1608（0603）2012（0805） 产品规格命名方法： CBG 100505/、160808/ 201209、 V 121 T ↓↓↓↓↓ 叠层片式规格尺寸材料阻抗包装方式 通用型 磁珠 应指出的是，目前磁珠型号命名方法各生产厂有所不同，尚无统一的标准。 二、磁珠的结构特点 铁氧体磁珠 (Ferrite Bead) 是目前应用发展很快的一种抗干扰组件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显着。在电路中只要导线穿过它即可（我用的都是象普通电阻模样的，导线已穿过并胶合，也有表面贴装的形式，但很少见到卖的）。当导线中电流穿过时，铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗，而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。高频电流在其中以热量形式散发，其等效电路为一个电感和一个电阻串联，两个组件的值都与磁珠的长度成比例。磁珠种类很多，制造商应提供技术指标说明，特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。有的磁珠上有多个孔洞，用导线穿过可增加组件阻抗（穿过磁珠次数的平方），不过在高频时所增加的抑制噪声能力不可能如预期的多，而用多串联几个磁珠的办法会好些。 铁氧体是磁性材料，会因通过电流过大而产生磁饱和，导磁率急剧下降。大电流滤波应采用结构上专门设计的磁珠，还要注意其散热措施。铁氧体磁珠不仅可用于电源电路中滤除高频噪声（可用于直流和交流输出），还可广泛应用于其它电路，其体积可以做得很小。特别是在数字电路中，由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波，也是电路高频辐射的主要根源，所以可在这种场合发挥磁珠的作用。铁氧体磁珠还广泛应用于信号电缆的噪声滤除。
软磁材料的种类、特点及应用 一软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金。 二常用软磁磁芯的种类 铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元。 按（主要成分、磁性特点、结构特点）制品形态分类： (1) 粉芯类：磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（High Flux）、坡莫合金粉芯（MPP）、铁氧体磁芯 (2) 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金 三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、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。 磁芯的有效磁导率μe及电感的计算公式为：μe = DL/4N2S × 109 其中：D 为磁芯平均直径（cm），L为电感量（享），N 为绕线匝数，S为磁芯有效截面积（cm2）。 (1) 铁粉芯 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22～100；初始磁导率μi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 是由81%Ni、2%Mo及Fe粉构成。主要特点是：饱和磁感应强度值在7500Gs左右；
RH类磁环(镍锌磁环)产品主要应用于电脑周边线、电源线、打印机线、显示器、数码相机、通讯设备等方面。 T 类磁环(锰锌磁环) T型磁芯只要用于滤波、电感线圈和变压器。 铁氧体(铁氧体磁环-铁氧体磁珠)在抑制电磁干扰(EMI)中的应用 用铁氧体磁性材料抑制电磁干扰（ＥＭＩ）是经济简便而有效的方法，已广泛应用于计算机等各种军用或民用电子设备。那么什么是铁氧体呢如何选择，怎样使用铁氧体元件呢这篇文章将对这些问题作一简要介绍。 一、什么是铁氧体抑制元件 铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似。但颜色为黑灰色，故又称黑磁或磁性瓷。铁氧体的分子结构为ＭＯ·Ｆe2Ｏ3，其中ＭＯ为金属氧化物，通常是ＭnＯ或ZnＯ。 衡量铁氧体磁性材料磁性能的参数有磁导率μ，饱和磁通密度Ｂs，剩磁Ｂr和矫顽力Ｈc等。 对于抑制用铁氧体材料，磁导率μ和饱和磁通密度Ｂs是最重要的磁性参数。磁导率定义为磁通密度随磁场强度的变化率。 μ＝△Ｂ／△Ｈ 对于一种磁性材料来说，磁导率不是一个常数，它与磁场的大小、 频率的高低有关。当铁氧体受到一个外磁场Ｈ作用时，例如当电流 流经绕在铁氧体磁环上的线圈时，铁氧体磁环被磁化。随着磁场Ｈ 的增加，磁通密度Ｂ增加。当磁场Ｈ场加到一定值时，Ｂ值趋于平 稳。这时称作饱和。对于软磁材料，饱和磁场Ｈ只有十分之几到几 个奥斯特。随着饱和的接近，铁氧体的磁导率迅速下降并接近于空 气的导磁率(相对磁导率为１）如图１所示。 图1 铁氧体的B-H曲线铁氧体的磁导率可以表示为复数。实数部分μ'代表无功磁导率， 它构成磁性材料的电感。虚数部分μ"代表损耗，如图２所示。 μ＝μ'－jμ"图2 铁氧体的复数磁导率 磁导率与频率的关系如图３所示。在一定的频率范围内μ'值（在某一磁场下的磁导率）保持不变，然后随频率的升高磁导率μ'有一最大值。频率再增加时，μ'迅速下降。代表材料损耗的虚数磁导率μ"在低频时数值较小，随着频率增加，材料的损耗增加，μ"增加。如图３所示，图中tanδ=μ"/μ' 图3 铁氧体磁导率与频率的关系 图4 铁氧体抑制元件的等效电路（a）和阻抗矢量图（b） 二、铁氧体抑制元件的阻抗和插入损耗 当铁氧体元件用在交流电路时，铁氧体元件是一个有损耗的电感器，它的等效电路可视为由电感Ｌ和损耗电阻Ｒ组成的串联电路，如图４所示。 铁氧体元件的等效阻抗Ｚ是频率的函数Z(f)=R(f)+jωL(f)=Kωμ"(f)+jKωμ'(f) 式中：Ｋ是一个常数，与磁芯尺寸和匝数有关，ω为角频率。
铁氧体(铁氧体磁环-铁氧体磁珠)在抑制电磁干扰(EMI)中的应用 用铁氧体磁性材料抑制电磁干扰（ＥＭＩ）是经济简便而有效的方法，已广泛应用于计算机等各种军用或民用电子设备。那么什么是铁氧体呢？如何选择，怎样使用铁氧体元件呢？这篇文章将对这些问题作一简要介绍。 一、什么是铁氧体抑制元件 铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似。但颜色为黑灰色,故又称黑磁或磁性瓷。铁氧体的分子结构为ＭＯ·Ｆe2Ｏ3，其中ＭＯ为金属氧化物，通常是ＭnＯ或ZnＯ。衡量铁氧体磁性材料磁性能的参数有磁导率μ，饱和磁通密度Ｂs，剩磁Ｂr和矫顽力Ｈc等。 对于抑制用铁氧体材料，磁导率μ和饱和磁通密度Ｂs是最重要的磁性参数。磁导率定义为磁通密度随磁场强度的变化率。 μ＝△Ｂ／△Ｈ 对于一种磁性材料来说，磁导率不是一个常数，它与磁场 的大小、频率的高低有关。当铁氧体受到一个外磁场Ｈ作 用时，例如当电流流经绕在铁氧体磁环上的线圈时，铁氧 体磁环被磁化。随着磁场Ｈ的增加，磁通密度Ｂ增加。当 磁场Ｈ场加到一定值时，Ｂ值趋于平稳。这时称作饱和。 对于软磁材料，饱和磁场Ｈ只有十分之几到几个奥斯特。 随着饱和的接近，铁氧体的磁导率迅速下降并接近于空气 图1 铁氧体的B-H曲线 的导磁率(相对磁导率为１）如图１所示。 导率，它构成磁性材料的电感。虚数部分μ"代表损耗， 如图２所示。 μ＝μ'－jμ" 图2 铁氧体的复数磁导率 磁导率与频率的关系如图３所示。在一定的频率范围内μ'值（在某一磁场下的磁导率）保持不变，然后随频率的升高磁导率μ'有一最大值。频率再增加时，μ'迅速下降。代表材料损耗的虚数磁导率μ"在低频时数值较小，随着频率增加，材料的损耗增加，μ"增加。如图３所示，图中tanδ=μ"/μ' 图3 铁氧体磁导率与频率的关系
1 引言 由于电磁兼容的迫切要求，电磁干扰(EMI)抑制元件获得了广泛的应用。然而实际应用中的电磁兼容问题十分复杂，单单依靠理论知识是完全不够的，它更依赖于广大电子工程师的实际经验。为了更好地解决电子产品的电磁兼容性这一问题，还要考虑接地、电路与PCB板设计、电缆设计、屏蔽设计等问题[1][2]。本文通过介绍磁珠的基本原理和特性来说明它在开关电源电磁兼容设计中的重要性与应用，以期为设计者在设计新产品时提供必要的参考。 2磁珠及其工作原理 磁珠的主要原料为铁氧体，铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料，铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料，许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗非常大，具有很高的导磁率，它可以使电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常应用于高频情况，因为在低频时它们主要呈现电感特性，使得损耗很小。在高频情况下，它们主要呈现电抗特性并且随频率改变。实际应用中，铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上，铁氧体可以较好的等效于电阻以及电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高，以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置，高频能量在上面转化为热能，这是由它的电阻特性决定的。 对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率和饱和磁通密度。磁导率可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。因此它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，如图1所示，电感L和电阻R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。 (a) 安装图 (b)高频等效电路
锰锌铁氧体软磁材料及产品系列 双高材料 ■材料用途 这种材料具有高磁导率和高剩磁，低功率损耗的特点，适用于宽带变压器（特别是含有直流分量的场合）、脉冲（功率）变压器、特殊要求的扼流圈等磁芯的制造。该材料特性与西门子公司新近开发的N55材料性能相当。 ■材料指标 ■典型曲线
功率铁氧体材料 ■材料用途 这种材料是一种高频率低损耗铁氧体材料, 相当于TDK的PC40(H7C4)。主要应用于100～500KHz 开关电源变压器。 ■材料指标 ■典型曲线 高频功率铁氧体材料 ■材料用途 这种材料是一种高频低损耗材料。主要应用于500~1000 KHz开关电源，相当于TDK的PC50材料。 ■材料指标 ■典型曲线 宽温铁氧体材料 ■材料用途 这种该类材料具有适中的磁导率、高的饱和磁感应强度与低的损耗等优良特性，特别是在很宽的温度范围（-40℃—100℃）内，具有较好的磁导率稳定性。主要应用于温度范围很宽，电感值变化很小的场合。■材料指标
■典型曲线 产品类型 【EER磁芯】 ■ 外形结构 ■ 用途 高频开关电源变压器、匹配变压器、扼流变压器等。■ 型号
【EE磁芯】 ■ 外形结构 ■ 用途 电源转换用变压器及扼流圈、通讯及其他电子设备变压器、滤波器、电感器及扼流圈、脉冲变压器等。■ 型号
【ETD磁芯】 ■ 外形结构 ■ 用途 电源转换用变压器及扼流圈、通讯及其他电子设备变压器、滤波器。■ 型号 【EI 磁芯】 ■ 外形结构 ■ 用途 高频开关电源变压器、功率变压器、整流变压器、电压互感器等。■ 型号
【ET 磁芯】 ■ 外形结构 ■ 用途 滤波变压器■ 型号 【EFD 磁芯】 ■ 外形结构